CN107121895A - 提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，包括如下步骤：步骤一、测量各种不同的图形周期下，各种不同的局部图形密度对相应的图形周期下的图形关键尺寸的影响，并根据测量结果建立光刻工艺调整规则；步骤二、对已经设计好的产品版图的本层图形进行局部图形密度统计；步骤三、根据本层图形的局部图形密度分布，按照光刻工艺调整规则对本层图形的各图形对应的光罩关键尺寸进行调整。本发明能消除版图中局部图形密度的变化对图形关键尺寸的影响，使各种局部图形密度下的各图形关键尺寸趋于和设计要求相同，提高图形关键尺寸的均匀性。

Description

提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法。

背景技术

光刻工艺的分辨率极限：P＝k1×NA/λ，P为图形的半周期也即分辨率极限，k1为光刻工艺系数，NA为曝光设备的数值孔径，λ为曝光光源的波长。

随着图形的关键尺寸(CD)越来越小，接近曝光极限即分辨率极限，各种非光刻工艺的环境因素的影响开始变得越来越大。当k1<0.4时影响变得越来越明显。

通常图形密度引起的负载效应(loading effect)认为对光刻工艺是没有影响的，但当CD越来越小，对应的k1越来越小，此时图形密度引起CD的变化将越来越大。

现有的平衡图形密度的方法

冗余图形填充(dummy insert)：通过***电路不需要的图形对版图的图形密度进行调整。

光学临近效应修正(OPC)：根据图形的周期不同，调整版图的光罩(mask)CD的尺寸。对光罩说明如下：在集成电路制造领域中，光罩是用于定义图形结构，光刻工艺中，需要先在晶圆上形成光刻胶，然后通过光源进行曝光，曝光过程中，光源穿过光罩再照射到晶圆表面的光刻胶上，实现将光罩上定义的图形向晶圆的光刻胶上转移；之后通过显影能够形成光刻胶图形，之后再以光刻胶图形为掩模对形成于晶圆表面上对应结构进行刻蚀形成对应的图形结构。所以光罩中定义的图形通过光刻工艺之后会转移到晶圆的对应结构层次上如：多晶硅栅、有源区等各层图形。

Dummy insert受制于版图电路设计，不能完全对图形密度进行平衡，尤其是局部区域的图形密度(local pattern density)。

OPC仅考虑图形本身对光学成像***的影响，不考虑周边局部图形密度对光刻工艺的影响。

而当CD越来越小，对应的k1越来越小，此时局部图形密度引起CD的变化将越来越大时，采用现有的冗余图形填充和光学临近效应修正两种调整方法无法消除局部图形密度对CD变化的影响，也即现有工艺中，局部图形密度会对对最终形成于晶圆上的实际图形结构的CD产生影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，能消除版图中局部图形密度的变化对图形关键尺寸的影响，使各种局部图形密度下的各图形关键尺寸趋于和设计要求相同，提高图形关键尺寸的均匀性。

为解决上述技术问题，本发明提供的提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法包括如下步骤：

步骤一、测量各种不同的图形周期下，各种不同的局部图形密度对相应的图形周期下的图形关键尺寸的影响，并根据测量结果建立光刻工艺调整规则；所述光刻工艺调整规则保证光刻工艺完成后各所述图形周期下不同的局部图形密度处的各所述图形关键尺寸趋于和设计要求值相同，消除不同局部图形密度对所述图形关键尺寸的影响。

步骤二、对已经设计好的产品版图的本层图形进行局部图形密度统计，得到所述产品版图的本层图形的局部图形密度分布，所述产品版图的本层图形上包括有根据设计需要设置的图形周期，所述图形周期有一种以上。

步骤三、根据所述版图的本层图形的局部图形密度分布，按照步骤一所述光刻工艺调整规则对所述产品版图的本层图形中各所述图形对应的光罩即mask的关键尺寸进行调整。

进一步的改进是，步骤一中建立所述光刻工艺调整规则包括如下分步骤：

步骤11、产生一组具有不同所述图形周期且各所述图形周期又包括有各种所述局部图形密度的测试图形。

步骤12、形成各所述测试图形的测试版图并进行光刻工艺后测量各所述图形周期的在不同的所述局部图形密度下的所述图形关键尺寸的值。

步骤13、根据步骤12中对所述图形关键尺寸的测量值对光刻工艺参数进行调整使各所述图形周期的在不同的所述局部图形密度下的所述图形关键尺寸的趋于一致。

进一步的改进是，步骤二中所述局部图形密度统计时，对应的局部区域单元大小和步骤一所述测试图形的区域面积大小相同。

进一步的改进是，步骤11中所述测试图形的不同局部图形密度采用进行冗余图形填充实现。

进一步的改进是，步骤13中的对光刻工艺参数进行的调整为根据局部图形密度对版图的图形对应的光罩关键尺寸进行调整。

进一步的改进是，步骤二所述产品版图的本层图形已经根据设计需要进行了冗余图形填充调整和一次光学临近效应修正调整。

进一步的改进是，当所述产品版图中的前层图形对本层图形有影响时，重复步骤一至三，在重复的步骤一中，步骤11中的所述测试图形的不同局部图形密度采用进行前层图形填充实现。

在重复的步骤二中进行所述局部图形密度统计时统计出所述前层图形的局部图形密度分布。

在重复的步骤三中，根据所述版图的所述前层图形的局部图形密度分布，按照所述光刻工艺调整规则对所述产品版图的本层图形中各所述图形对应的光罩关键尺寸进行调整。

本发明从现有技术中通过冗余图形填充和光学临近效应修正两种调整方法无法消除局部图形密度对CD变化的影响的技术问题出发，设计了步骤一来测量各种不同的图形周期下不同的局部图形密度对相应的图形周期的图形关键尺寸的影响，并根据这种影响来设置调节工艺参数的方法即光刻工艺调整规则，光刻工艺调整规则能保证光刻工艺完成后各图形周期下不同的局部图形密度处的各所述图形关键尺寸趋于一致，消除不同局部图形密度对所述图形关键尺寸的影响；之后，在版图设计过程中，在现有设计好的版图的基础上增加了局部图形密度统计的步骤，通过局部图形密度统计可以得到版图上的本层图形的各图形周期下的局部图形密度分布；之后，根据版图的本层图形的局部图形密度分布，再套用之前设置的光刻工艺调整规则能实现对产品版图的本层图形中各图形对应的Mask即光罩关键尺寸进行调整，最后能使产品版图的本层图形中各图形关键尺寸进行调整并趋于和设计要求值相同，也即本发明利用光罩上的图形最后会转移到形成于晶圆的产品的图形上的特点，根据已经测试过的局部图形密度对产品版图的本层图形的各图形关键尺寸的影响大小设定了光刻工艺调整规则，而根据设定的光刻工艺调整规则预先对光罩的关键尺寸进行调整，通过光罩的关键尺寸的调整来抵消局部图形密度对产品的图形即产品版图的本层图形的影响，也即当局部图形密度会使产品的图形的关键尺寸相对于目标值增加时，可以降低对应的光罩关键尺寸，这样使用调整后的光罩进行光刻之后能使产品的图形的关键尺寸，由于具体需要对光罩的关键尺寸进行多少调整即光罩的关键尺寸调整量已经通过步骤一确定，即按照光刻工艺调整规则进行调整即可实现光罩的关键尺寸的调整来抵消局部图形密度对产品的图形即产品版图的本层图形的影响；所以本发明能消除版图中局部图形密度的变化对图形关键尺寸的影响，使各种局部图形密度下的各图形关键尺寸趋于和设计要求相同，最后能提高图形关键尺寸的均匀性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1是本发明实施例方法流程图；

图2A是版图中局部图形密度较低区域的结构图；

图2B是版图中局部图形密度较高区域的结构图；

图3A是局部图形密度对图形关键尺寸的影响曲线；

图3B是本发明实施例根据局部图形密度对图形关键尺寸的影响曲线形成的对光刻工艺参数调整的曲线。

具体实施方式

如图1所示，是本发明实施例方法流程图，本发明实施例提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法包括如下步骤：

步骤一、测量各种不同的图形周期下，各种不同的局部图形密度对相应的图形周期下的图形关键尺寸的影响，并根据测量结果建立光刻工艺调整规则；所述光刻工艺调整规则保证光刻工艺完成后各所述图形周期下不同的局部图形密度处的各所述图形关键尺寸趋于和设计要求值相同，消除不同局部图形密度对所述图形关键尺寸的影响。

本发明实施例方法中，步骤一中建立所述光刻工艺调整规则包括如下分步骤：

步骤11、产生一组具有不同所述图形周期且各所述图形周期又包括有各种所述局部图形密度的测试图形。所述测试图形的区域主要由面积确定，为了方便说明，以所测试图形的区域为正方形为例进行说明如下：所述测试图形的区域大小为A×A，A为50μm～1000μm；更优选择为：A为100μm～500μm。实际步骤中，所述测试图形的区域也能采用其它形状，不限于正方形。后续步骤二中所述局部图形密度对应的局部区域大小和所述测试图形的区域大小相同。

所述测试图形的不同局部图形密度采用进行冗余图形填充实现。所述测试版图不需要经过一次光学临近效应修正调整即不需要OPC，只需测出对应的不同周期或步进(pitch)、不同mask CD在不同局部图形密度(local pattern density)下的CD变化即可；而后续步骤三中则会根据步骤二得到的局部图形密度分布，对OPC以后的mask CD按步骤一进行调整，后续会详细说明。

关于不同的局部图形密度的测试图形的测试版图或后续的产品版图，可以参考图2A和图2B所示，图2A是版图中局部图形密度较低区域的结构图，图2B是版图中局部图形密度较高区域的结构图。从图2A中所示可知，在整个局部版图区域中，仅虚线框101所示区域具有图形结构即芯片的电路图形结构，虚线框101中标记103和104都为本层图形，仅是处理层次不同。在其它地方采用了冗余图形102进行填充，可以看出冗余图形102可以将整个局部版图区域的密度做大致的平衡，但是受到图形结构本身的限制，无关对局部版图区域进行完全的平衡，如虚线圈101所示图形区域的内部和邻接位置处都具有较小的局部图形密度。另外，从图2B可以看出，图2B中具有多个图形结构即本层图形103和104，这些图形结构103和104将局部版图区域进行填充，形成比图2A的图形结构密度更高的图形。

步骤12、形成各所述测试图形的测试版图并进行光刻工艺后测量各所述图形周期的在不同的所述局部图形密度下的所述图形关键尺寸的值。

如图3A所示，是局部图形密度对图形关键尺寸的影响曲线；图3A中显示了目标值为一个值的图形关键尺寸对应的曲线，横坐标为局部图形密度也即对应于各测试图形区域范围内的局部图形密度，纵坐标为图形关键尺寸，曲线201是实际测量的图形关键尺寸随局部图形密度变化的曲线即对光刻工艺完成后形成于晶圆上的图形的关键尺寸随局部图形密度变化的曲线；曲线202是版图对应的光罩上的图形关键尺寸(mask CD)的设置曲线，采用曲线202对应的光罩进行光刻之后得到的版图的实际图形的曲线将为曲线201。而，曲线203为图形关键尺寸的目标值(Target CD)曲线即形成于晶圆上的实际图形在目标上应当和曲线203一致，也即理想状态下曲线201和203应当重合，但是，可以看出曲线201和203仅在大于一定值如虚线圈301对应位置处的局部图形密度时才重叠，在局部图形密度较低时即小于如虚线圈301对应位置处的局部图形密度时曲线201偏离于曲线203，这就是局部图形密度对图形关键尺寸的进行了不利影响。

步骤13、根据步骤12中对所述图形关键尺寸的测量值对光刻工艺参数进行调整使各所述图形周期的在不同的所述局部图形密度下的所述图形关键尺寸的趋于一致。较佳为，对光刻工艺参数进行的调整为对版图的图形对应的光罩关键尺寸调整。

如图3B所示，是本发明实施例根据局部图形密度对图形关键尺寸的影响曲线形成的对光刻工艺参数调整的曲线，比较图3B和图3A可知，本发明对mask CD进行了改进，即本发明实施例方法中进行了对版图的图形对应的光罩关键尺寸调整，曲线204是实际进行于晶圆上的图形结构的版图的图形对应的光罩关键尺寸的调整曲线，比较曲线202和204，曲线204中，在较低局部图形密度处，曲线204增加了光罩关键尺寸；在较高局部图形密度处，曲线204和现有曲线202的光罩关键尺寸相同。这样，采用对光罩关键尺寸进行了调整后的曲线204对应的版图进行光刻工艺即曝光显影后在晶圆上形成的图形的图形关键尺寸将会趋于和目标曲线203重合，即能使各图形关键尺寸都分别趋近于目标值，从而能提高图形关键尺寸的均匀性。

步骤二、设计产品版图，产品版图包括多层图形，现单独以当前进行处理的本层图形为例进行说明，前层图形为在本层图形曝光之前已经形成的一层图形，后层图形为在本层图形曝光且形成之后进行一层图形，故本发明实施例方法中说明对本层图形进行处理即可。所述产品版图的本层图形已经根据设计需要进行了冗余图形填充调整和一次光学临近效应修正调整。经过一次光学临近效应修正调整后，对得到的版图进行测量将会得到图3A曲线201所对应的结果。

之后，对已经设计好的产品版图的本层图形进行局部图形密度统计，得到所述产品版图的本层图形的局部图形密度分布，所述产品版图的本层图形上包括有根据设计需要设置的图形周期，所述图形周期有一种以上。所述局部图形密度分布请参考图2A和图2B所示，图2A中对应于较低的局部图形密度区域，图2A中虽然进行了冗余图形101的填充，但是仍然无法是图2A和图2B的局部图形密度完全平衡。

步骤三、根据所述版图的本层图形的局部图形密度分布，按照所述光刻工艺调整规则对所述产品版图的本层图形中各所述图形对应的光罩关键尺寸进行调整。本发明实施例方法中，按照步骤一所述光刻工艺调整规则中对光刻工艺参数进行的调整为对版图的图形对应的光罩关键尺寸调整，可以参考图3B所示，曲线204会根据局部图形密度进行相应的变化，如曲线204中能增加低局部图形密度区域的mask CD，由于之前步骤二中已经进行了一次OPC，故该处的mask CD也称为OPC mask CD；完成光刻工艺后，能增加低局部图形密度区域的图形的关键尺寸；曲线204在高局部图形密度区域中并没有改变OPC mask CD，这样调整后，能使图形的关键尺寸都趋于图2A曲线202对应的关键尺寸值，故能增加图形的关键尺寸的均匀性。图3B中曲线204虽然仅显示了2段式调整，但是实际上能根据局部图形密度对图形关键尺寸的影响进行多段式调整，原理和曲线204的2段式调整是一样的，这里不再展开详细的描述。

当所述产品版图中的前层图形对本层图形有影响时，重复步骤一至三，在重复的步骤一中，步骤11中的所述测试图形的不同局部图形密度采用进行前层图形填充实现。

在重复的步骤二中进行所述局部图形密度统计时统计出所述前层图形的局部图形密度分布。

在重复的步骤三中，根据所述版图的所述前层图形的局部图形密度分布，按照所述光刻工艺调整规则对所述产品版图的本层图形中各所述图形对应的光罩关键尺寸进行调整。

以上通过具体实施例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 (7)

1.一种提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、测量各种不同的图形周期下，各种不同的局部图形密度对相应的图形周期下的图形关键尺寸的影响，并根据测量结果建立光刻工艺调整规则；所述光刻工艺调整规则保证光刻工艺完成后各所述图形周期下不同的局部图形密度处的各所述图形关键尺寸趋于和设计要求值相同，消除不同局部图形密度对所述图形关键尺寸的影响；

步骤二、对已经设计好的产品版图的本层图形进行局部图形密度统计，得到所述产品版图的本层图形的局部图形密度分布，所述产品版图的本层图形上包括有根据设计需要设置的图形周期，所述图形周期有一种以上；

步骤三、根据所述版图的本层图形的局部图形密度分布，按照步骤一所述光刻工艺调整规则对所述产品版图的本层图形中各所述图形对应的光罩关键尺寸进行调整。

2.如权利要求1所述的提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，其特征在于：步骤一中建立所述光刻工艺调整规则包括如下分步骤：

步骤11、产生一组具有不同所述图形周期且各所述图形周期又包括有各种所述局部图形密度的测试图形；

步骤12、形成各所述测试图形的测试版图并进行光刻工艺后测量各所述图形周期的在不同的所述局部图形密度下的所述图形关键尺寸的值；

步骤13、根据步骤12中对所述图形关键尺寸的测量值对光刻工艺参数进行调整使各所述图形周期的在不同的所述局部图形密度下的所述图形关键尺寸的趋于一致。

3.如权利要求1或2所述的提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，其特征在于：步骤二中所述局部图形密度统计时，对应的局部区域单元大小和步骤一所述测试图形的区域面积大小相同。

4.如权利要求2所述的提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，其特征在于：步骤11中所述测试图形的不同局部图形密度采用进行冗余图形填充实现。

5.如权利要求2所述的提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，其特征在于：步骤13中的对光刻工艺参数进行的调整为根据局部图形密度对版图的图形对应的光罩关键尺寸进行调整。

6.如权利要求1或2或5所述的提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，其特征在于：步骤二所述产品版图的本层图形已经根据设计需要进行了冗余图形填充调整和一次光学临近效应修正调整。

7.如权利要求2所述的提高光刻工艺中图形关键尺寸的均匀性的方法，其特征在于：当所述产品版图中的前层图形对本层图形有影响时，重复步骤一至三，在重复的步骤一中，步骤11中的所述测试图形的不同局部图形密度采用进行前层图形填充实现；

在重复的步骤二中进行所述局部图形密度统计时统计出所述前层图形的局部图形密度分布；

在重复的步骤三中，根据所述版图的所述前层图形的局部图形密度分布，按照所述光刻工艺调整规则对所述产品版图的本层图形中各所述图形对应的光罩关键尺寸进行调整。