CN110209011A - Opc模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法 - Google Patents

Opc模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，包括：收取最佳曝光条件下的CDSEM数据；初选离胶起始位置的初始值和光束焦点的初始值；构建离胶起始位置‑光束焦点的所有初始值组合；对每个离胶起始位置‑光束焦点的初始值组合进行复选，在每个离胶起始位置‑光束焦点的初始值组合中确定一个离胶起始位置‑光束焦点的最佳值组合；对所有的离胶起始位置‑光束焦点的最佳值组合进行分析比对，从中确定最终的离胶起始位置‑光束焦点组合。本发明在不需要收集工艺窗口条件下的CDSEM数据的前提下，可以对离胶起始位置和光束焦点进行快速高效的筛选和组合，而且可以同时获得多个离胶起始位置‑光束焦点组合，提供更多选择。

Description

OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优 化方法
技术领域
本发明涉及微电子及半导体集成电路制造领域，具体属于一种OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，以用于提高模型的拟合效率。
背景技术
集成电路制造技术是一个复杂的工艺，且更新速度很快。随着技术的不断发展，表征集成电路制造技术的一个关键参数——最小特征尺寸(即关键尺寸criticaldimension，简称CD)不断缩小，也正是由于关键尺寸的减小才使得每个芯片上设置百万个器件成为可能。
光刻技术是集成电路制造工艺发展的驱动力，也是最为复杂的技术之一。相对于其它单个制造技术来说，光刻技术的提高对集成电路的发展具有重要意义。在光刻工艺开始之前，首先需要将图案通过特定设备复制到掩膜版上，然后通过光刻设备产生特定波长的光将掩膜版上的图案结构复制到生产芯片的硅片上。但是，由于半导体器件尺寸的不断缩小，光的衍射效应变得越来越明显，结果就是最终对设计图形产生光学影像退化，造成掩膜版上的图案转移到硅片的过程中发生失真现象，即最终在硅片上经过光刻形成的实际图形变得和设计图形不同，产生OPE(Optical Proximity Effect，光学临近效应)，如果不消除这种失真现象会导致整个制造工艺的失败。
为了修正OPE现象，便产生了OPC(Optical Proximity Correction，光学邻近效应修正)。OPC的核心思想就是对所述掩膜版进行光刻前预处理，通过预先修改使得修改补偿的量正好能够补偿曝光***造成的光学邻近效应。具体来说，建立OPC模型，根据OPC模型设计光掩膜图形，虽然光刻后的光刻图形相对于光掩膜图形发生了OPE现象，但是根据OPC模型设计光掩膜图形的过程中已经考虑了对该现象的抵消，因此，光刻后的光刻图形接近于用户实际希望得到的目标图形。
目前，OPC模型的建立方法包括两种，一种是基于经验的光学邻近效应修正，另一种是基于模型的光学邻近效应修正。其中，基于模型的光学邻近效应修正从90nm技术节点开始被广泛应用，它使用光学模型和光刻胶化学反应模型来计算出曝光后的图形。该方法的关键是建立精确的光刻模型，包括光学模型(Optical Model)和光刻胶模型(ResistModel)，为达到较高的计算速度，这些模型都采用近似模型，其中包含一系列参数，需要实验数据来进行拟合，以保证模型的精确度。显然，实验数据越多，模型拟合越精确，但是太多的测试图形会使得晶圆数据的收集量太大。
在光学模型的建立过程中，优化参数defocus_start和beam focus是模型拟合的重要环节，其中，如图1所示，defocus_start是指实际像平面与光刻胶上边缘的距离，即离胶起始位置，beam focus则表示无表面涂层时光束聚焦点，即光束焦点。
目前，常规的方法主要是先通过收集工艺窗口(process window，简称PW)条件下不同尺寸图形的CDSEM(Critical Dimension Scanning Electronic Microscope，关键尺寸扫描电子显微镜)数据获得各尺寸图形的关键尺寸CD随焦点focus变化的图形(即Bossung曲线)，然后对Bossung曲线进行二次拟合，读取对称轴处的焦点focus值，接着对焦点focus值进行Bossung调整，获得相应的光束焦点值，再将各离胶起始位置-光束焦点组合作图获得Bossung对称曲线，最后结合光刻胶模型的优化，计算各离胶起始位置-光束焦点组合的errRrms(模拟值与测量值偏差的均方根)值，确定合适的离胶起始位置-光束焦点组合，如图2所示。然而，对于尺寸较大的非关键层图形，通常不需要收集工艺窗口条件下不同尺寸图形的CDSEM数据，因此无法使用上述Bossung调整方法。
此外，采用Mentor公司的VT-5软件调试离胶起始位置和光束焦点等光学参数时，首先设定离胶起始位置和光束焦点的范围以及步长(step)值生成errRrms最小的光学模型，再对光刻胶模型进行优化，这种方式存在一定的问题：一方面，基于errRrms最小的光学模型生成的光刻胶模型并不一定是最佳的模型，另一方面，光学模型只选择errRrms最小的离胶起始位置和光束焦点，不能准确反映errRrms随离胶起始位置、光束焦点等参数的变化趋势。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种OPC模型建立过程中的光学参数优化方法，可以针对大尺寸非关键层图形不收集工艺窗口条件下的CDSEM数据的情况，高效快速地缩小离胶起始位置和光束焦点的优化范围，提高模型拟合效率。
为解决上述技术问题，本发明提供的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，包括如下步骤：
步骤S1，收取最佳曝光条件下的CDSEM数据；
步骤S2，初选离胶起始位置的初始值和光束焦点的初始值；
步骤S3，构建离胶起始位置-光束焦点的所有初始值组合；
步骤S4，对每个离胶起始位置-光束焦点的初始值组合进行复选，在每个离胶起始位置-光束焦点的初始值组合中确定一个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合；
步骤S5，对所有的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合进行分析比对，从中确定最终的离胶起始位置-光束焦点组合。
其中，步骤S2包括如下步骤：
步骤S21，设定离胶起始位置的初始范围、光束焦点的初始范围以及第一步长；
步骤S22，进行光学模型优化，提取生成的log文件中的errRrms值；
步骤S23，选择符合条件的errRrms值所对应的离胶起始位置的初始值和光束焦点的初始值。优选的，以errRrms处于波谷处所对应的离胶起始位置为离胶起始位置的初始值，以errRrms最小所对应的光束焦点为光束焦点的初始值。
较佳的，所述第一步长为光刻胶厚度的10％～20％。
较佳的，在步骤S22中，提取log文件中各离胶起始位置、光束焦点条件下的errRrms值，获得不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的全局变化趋势以及不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的全局变化趋势。
进一步的，不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的全局变化呈近似周期性，不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的全局变化为非周期性。
其中，步骤S4中对每个离胶起始位置-光束焦点的区间组合进行复选的步骤包括：
步骤S41，设定离胶起始位置初始值的复选范围、光束焦点初始值的复选范围以及第二步长，所述第二步长小于第一步长；
步骤S42，针对所选的离胶起始位置-光束焦点的初始值组合，以第二步长再次进行光学模型优化，提取生成的log文件中的errRrms值；
步骤S43，选择符合条件的errRrms值所对应的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合。
较佳的，所述第二步长为光阻厚度的1％～5％。
较佳的，在步骤S42中，提取log文件中各离胶起始位置、光束焦点条件下的errRrms值，获得不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的局部变化趋势以及不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的局部变化趋势。
较佳的，在步骤S43中，以errRrms最小所对应的离胶起始位置和errRrms最小所对应的光束焦点构成最佳值组合。
进一步的，不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的局部变化呈近似周期性，不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的局部变化为非周期性。
其中，步骤S5包括如下步骤：
步骤S51，在光刻模型采用每个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合的基础上，分别对光刻胶模型进行优化并确定光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值；
步骤S52，对每个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合所对应的光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值进行比对；
步骤S53，选择光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值最小所对应的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合作为最终的离胶起始位置-光束焦点组合。
其中，在步骤S1收集最佳曝光条件下的CDSEM数据时不收集工艺窗口条件下的CDSEM数据。
与现有技术相比，本发明有益之处在于：
第一，在不需要收集工艺窗口条件下的CDSEM数据的前提下，本发明先对大区间的离胶起始位置和光束焦点以较大的步长进行errRrms的全局优化，然后根据errRrms随离胶起始位置变化规律选择合适的离胶起始位置区间，同时再根据errRrms随光束焦点的变化规律选择合适的光束焦点区间，接着在初步获得的离胶起始位置区间和光束焦点区间的组合基础上，再以较小的步长进一步优化，这种方法可以对离胶起始位置和光束焦点进行快速高效的筛选和组合，从而减少了模型拟合的运算量；
第二，相对于常规的优化方式，本发明可以同时获得多个离胶起始位置-光束焦点组合，这样为模型的建立提供了更多的选择。
附图说明
图1为离胶起始位置和光束焦点在光阻中的分布示意图；
图2为模型拟合过程中离胶起始位置和光束焦点的传统优化方法；
图3为本发明模型拟合过程中离胶起始位置和光束焦点的优化方法的流程图；
图4为图3所示优化方法中步骤S2的具体流程图；
图5为图3所示优化方法中步骤S4的具体流程图；
图6为图3所示优化方法中步骤S5的具体流程图；
图7为本发明的优化方法中模拟值与测量值偏差的均方根errRrms随离胶起始位置defocus_start的全局变化趋势图；
图8为本发明的优化方法中模拟值与测量值偏差的均方根errRrms随光束焦点beam focus的全局变化趋势图；
图9为本发明的优化方法中模拟值与测量值偏差的均方根errRrms随离胶起始位置defocus_start的局部变化趋势图；
图10为本发明的优化方法中模拟值与测量值偏差的均方根errRrms随光束焦点beam focus的局部变化趋势图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰语变更。
第一实施例
在本实施例中，本发明的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，如图3所示，包括如下步骤：
步骤S1，收取最佳曝光条件下的CDSEM数据；
而且，收集最佳曝光条件下的CDSEM数据时不收集工艺窗口条件下的CDSEM数据；
步骤S2，初选离胶起始位置的初始值和光束焦点的初始值；
步骤S3，构建离胶起始位置-光束焦点的所有初始值组合；
步骤S4，对每个离胶起始位置-光束焦点的初始值组合进行复选，在每个离胶起始位置-光束焦点的初始值组合中确定一个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合；
步骤S5，对所有的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合进行分析比对，从中确定最终的离胶起始位置-光束焦点组合。
第二实施例
在本实施例中，本发明的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，如图3至图6所示，包括如下步骤：
步骤S1，收取最佳曝光条件下的CDSEM数据；
步骤S21，设定离胶起始位置的初始范围、光束焦点的初始范围以及第一步长；
优选的，第一步长通常为光刻胶厚度的10％～20％；
步骤S22，进行光学模型优化，提取生成的log文件中的errRrms值；
较佳的，提取log文件中各离胶起始位置、光束焦点条件下的errRrms值，获得不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的全局变化趋势以及不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的全局变化趋势；
步骤S23，选择符合条件的errRrms值所对应的离胶起始位置区间和光束焦点区间；
优选的，以errRrms处于波谷处所对应的离胶起始位置为离胶起始位置的初始值，以errRrms最小所对应的光束焦点为光束焦点的初始值；
步骤S3，构建离胶起始位置-光束焦点的所有初始值组合；
步骤S41，设定离胶起始位置初始值的复选范围、光束焦点初始值的复选范围以及第二步长，所述第二步长小于第一步长；
优选的，第二步长通常为光刻胶厚度的1％～5％；
步骤S42，针对所选的离胶起始位置-光束焦点的初始值组合，以第二步长再次进行光学模型优化，提取生成的log文件中的errRrms值；
较佳的，提取log文件中各离胶起始位置、光束焦点条件下的errRrms值，获得不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的局部变化趋势以及不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的局部变化趋势；
步骤S43，选择符合条件的errRrms值所对应的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合；
其中，以errRrms最小所对应的离胶起始位置和errRrms最小所对应的光束焦点构成最佳值组合；
步骤S51，在光刻模型采用每个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合的基础上，分别对光刻胶模型进行优化并确定光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值；
步骤S52，对每个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合所对应的光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值进行比对；
步骤S53，选择光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值最小所对应的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合作为最终的离胶起始位置-光束焦点组合。
优选的，光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值不在预设范围内时，该差值对应的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合可以不予考虑。
进一步的，不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的全局变化呈近似周期性，不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的全局变化为非周期性。
进一步的，不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的局部变化呈近似周期性，不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的局部变化为非周期性。
以下结合具体的实施例和附图，对本发明的优化方法进行详细描述，具体步骤如下：
第一步、收集最佳曝光条件下的CDSEM数据，使用Mentor公司的VT-5软件，导入设置文件(setup file)、数据表文件(spreadsheet file，简称ss file)，设定光学模型中的光学参数和光源信息，其中模型类型(Modelform)设为0，光束焦点初选的最小值Min、最大值Max、第一步长step分别为0.3、0.8、0.05，离胶起始位置初选的最小值Min、最大值Max、第一步长step分别为0.3、0.8、0.05，对光学模型进行优化并生成log文件；其中，光束焦点的第一步长和离胶起始位置的第一步长可以相同，也可以不同；
第二步、提取log文件中各离胶起始位置条件下的errRrms值以及各光束焦点条件下的errRrms值并作图，获得不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的变化趋势，如图7所示，以及不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的变化趋势，如图8所示；
第三步、以errRrms为参考标准，从图7中选取errRrms处于波谷处所对应的离胶起始位置作为初始值，例如0.35、0.4、0.55、0.7、0.75等，同样地，从图8中选取不同离胶起始位置条件errRrms值最小所对应的光束焦点作为初始值，例如0.35、0.40、0.45等；
第四步、以离胶起始位置初始值0.55、光束焦点初始值0.45的初始值组合为例，设置离胶起始位置复选的最小值Min、最大值Max、第二步长step分别为0.5、0.6、0.01，设置光束焦点复选的最小值Min、最大值Max、第二步长step分别为0.4、0.5、0.01，模型类型设为0，对光学模型再次进行优化并生成log文件；
第五步、提取上一步生成的log文件中各离胶起始位置条件下的errRrms值以及各光束焦点条件下的errRrms值并作图，如图9、图10所示，通过分析图中数据，以errRrms为参考标准，选择errRrms最小所对应的离胶起始位置0.54作为离胶起始位置的最佳值，同时选择errRrms最小所对应的光束焦点0.41作为光束焦点的最佳值；
第六步、光学模型的光学参数中，离胶起始位置设为0.54，光束焦点设为0.41，模型类型选择81或82，对光刻胶模型进行优化，对光刻模型(包括光学模型和光刻胶模型)的模拟结果和CDSEM实测结果进行对比分析获得二者的差值；
第七步、选择第三步中其它的离胶起始位置初始值-光束焦点初始值的组合按照第四步至第六步的步骤进行优化；
第八步，将所有模拟结果和CDSEM实测结果的所有差值进行比较，最终以最小差值所对应的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合作为最终版本的光刻模型。
与现有技术相比，本发明有益之处在于：
第一，在不需要收集工艺窗口条件下的CDSEM数据的前提下，本发明先对大区间的离胶起始位置和光束焦点以较大的步长进行errRrms的全局优化，然后根据errRrms随离胶起始位置变化规律选择合适的离胶起始位置区间，同时再根据errRrms随光束焦点的变化规律选择合适的光束焦点区间，接着在初步获得的离胶起始位置区间和光束焦点区间的组合基础上，再以较小的步长进一步优化，这种方法可以对离胶起始位置和光束焦点进行快速高效的筛选和组合，从而减少了模型拟合的运算量；
第二，相对于常规的优化方式，本发明可以同时获得多个离胶起始位置-光束焦点组合，这样为模型的建立提供了更多的选择。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。

Claims (13)

1.一种OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，收取最佳曝光条件下的CDSEM数据；
步骤S2，初选离胶起始位置的初始值和光束焦点的初始值；
步骤S3，构建离胶起始位置-光束焦点的所有初始值组合；
步骤S4，对每个离胶起始位置-光束焦点的初始值组合进行复选，在每个离胶起始位置-光束焦点的初始值组合中确定一个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合；
步骤S5，对所有的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合进行分析比对，从中确定最终的离胶起始位置-光束焦点组合。
2.根据权利要求1所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，步骤S2包括如下步骤：
步骤S21，设定离胶起始位置的初始范围、光束焦点的初始范围以及第一步长；
步骤S22，进行光学模型优化，提取生成的log文件中的errRrms值；
步骤S23，选择符合条件的errRrms值所对应的离胶起始位置的初始值和光束焦点的初始值。
3.根据权利要求2所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，所述第一步长为光刻胶厚度的10％～20％。
4.根据权利要求2所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，在步骤S22中，提取log文件中各离胶起始位置、光束焦点条件下的errRrms值，获得不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的全局变化趋势图以及不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的全局变化趋势图。
5.根据权利要求4所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的全局变化呈近似周期性，不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的全局变化为非周期性。
6.根据权利要求4所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，以errRrms处于波谷处所对应的离胶起始位置为离胶起始位置的初始值，以errRrms最小所对应的光束焦点为光束焦点的初始值。
7.根据权利要求1所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，步骤S4中对每个离胶起始位置-光束焦点的初始值组合进行复选的步骤包括：
步骤S41，设定离胶起始位置初始值的复选范围、光束焦点初始值的复选范围以及第二步长，所述第二步长小于第一步长；
步骤S42，针对所选的离胶起始位置-光束焦点的初始值组合，以第二步长再次进行光学模型优化，提取生成的log文件中的errRrms值；
步骤S43，选择符合条件的errRrms值所对应的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合。
8.根据权利要求7所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，所述第二步长为光阻厚度的1％～5％。
9.根据权利要求7所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，在步骤S42中，提取log文件中各离胶起始位置、光束焦点条件下的errRrms值，获得不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的局部变化趋势以及不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的局部变化趋势。
10.根据权利要求9所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，在步骤S43中，以errRrms最小所对应的离胶起始位置和errRrms最小所对应的光束焦点构成最佳值组合。
11.根据权利要求9所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，不同光束焦点条件下errRrms随离胶起始位置的局部变化呈近似周期性，不同离胶起始位置条件下errRrms随光束焦点的局部变化为非周期性。
12.根据权利要求1所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，步骤S5包括如下步骤：
步骤S51，在光刻模型采用每个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合的基础上，分别对光刻胶模型进行优化并确定光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值；
步骤S52，对每个离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合所对应的光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值进行比对；
步骤S53，选择光刻胶模型的模拟结果与CDSEM实测数据的差值最小所对应的离胶起始位置-光束焦点的最佳值组合作为最终的离胶起始位置-光束焦点组合。
13.根据权利要求1所述的OPC模型建立过程中针对大尺寸非关键层图形的光学参数优化方法，其特征在于，在步骤S1收集最佳曝光条件下的CDSEM数据时不收集工艺窗口条件下的CDSEM数据。
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