曝光辅助图形的优化方法
【专利摘要】本发明公开了一种曝光辅助图形的优化方法，包括收集工艺窗口数据，建立工艺窗口OPC模型；收集SRAF参数的安全范围；设计周期渐变测试图形；基于简单规则和基于模型分别添加SRAF；得到工艺波动带宽值，并对该测试图形进行周期划分；对该测试图形的各周期区间设定工艺波动带宽上限值；分别优化各周期区间的曝光辅助图形SRAF参数；实现曝光辅助图形的规则优化。本发明能高效快捷地实现曝光辅助图形添加规则的优化，减少运算量，运行时间可以比基于模型的方式减少近60％。
【专利说明】曝光辅助图形的优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种曝光辅助图形的优化方法。
【背景技术】
[0002] 半导体产业的飞速发展，主要得益于微电子技术的微细加工技术的进步，而光刻 技术是芯片制备中最关键的制造技术之一。由于光学光刻技术的不断创新，它一再突破人 们预期的光学曝光极限，使之成为当前曝光的主流技术。
[0003] 光刻系统主要包括照明系统（光源）、掩模、投影系统及晶片四部分。光入射到掩 模上发生衍射，衍射光进入投影系统后在晶圆上干涉成像，再经过显影和蚀刻处理后，就将 图形转移到晶圆上。
[0004] 掩模上的结构比较复杂，按照在各方向上的周期性，掩模可以分成一维、二维图 形。一维图形仅在一个方向上具有周期性，比较简单，常见的线条/空间（Line/Space)结 构就是一维图形。二维图形在两个方向上都具有周期性，是一些较复杂的几何图形，与实际 器件结构更为接近。接触孔（Contact Hole)、L图形、拼接图形及Η图形都是二维结构。另 夕卜，按照图形密度又可以分为密集图形、半密集图形和孤立图形三类。
[0005] 为了改善半密集、孤立结构的焦深，需要添加一些辅助线条。辅助线条（衬线）主 要是利用在掩模上添加亚分辨辅助线条（Sub-Resolution Assist Feature, SRAF)改变其 空间像的光场分布，使孤立结构的空间像能和密集结构的空间像具有相同的宽度，以达到 校正邻近效应的目的。
[0006] 这些亚分辨辅助线条包括各种衬线和散射条。衬线和散射条的宽度及其与主特征 图形的距离较为重要，需要根据具体情况进行优化，以期通过散射条影响位相频谱的变化 实现对空间像的轮廓调节。这些散射条或衬线通过改善图形频谱中各种频率成分的能量和 位相分布，有效地调整空间像的光强分布，而不会在抗蚀剂上形成图形，能起到改善线宽偏 差，强化边角轮廓和增加曝光焦深的作用。
[0007] 然而，随着节点的减小，图形尺寸不断接近光刻机台的能力极限，工艺窗口越来 越小，此时曝光辅助图形的参数选择、位置放置，也变得越来越重要，传统的简单规则式 SRAF (simple rule-based SRAF)已经不能满足严苛的工艺窗口要求。
[0008] 传统的SRAF添加规则的制定方法步骤如图1所示，出版SRAF参数分批的测试光 罩，在选定的光刻条件下曝光FEM(Focus Exposure Matrix，聚焦曝光阵列）实验片，量测 不同SRAF参数下测试图形的FEM数据，根据工艺窗口的大小来选定SRAF的最佳参数。但 SRAF主要参数包括SRAF宽度、SRAF到主图形的距离、SRAF之间的间隔，并且要同时考虑 SRAF添加的安全性，因此要实现众多周期下SRAF参数的优化，需要测量的数据量将非常庞 大，需要耗费大量的时间、人力及机台资源。
[0009] 为了使曝光辅助图形能满足更先进工艺的要求，已有通过基于模型的 SRAF (Model-based SRAF)来产生和放置SRAF的方法，但是其SRAF添加过程的运算量会明 显增加，脚本运行时间比规则式曝光辅助图形（Rule-based SRAF)增加近50%，而且SRAF 图形形状错综复杂，掩膜（Mask)制作及SRAF安全性的验证成本及难度也会增加。
[0010] 美国专利申请US 11/757, 805和US 60/935, 713公开了一种用于实施基于模型的 光刻引导的布局设计的方法，虽然在一定程度上可以改善、满足更先进的工艺要求，但仍无 法解决上述技术问题。
【发明内容】
[0011] 为了实现本发明的发明目的，本发明提供一种曝光辅助图形的优化方法，来解决 (尤其是小节点、复杂图形的情况下）曝光辅助图形添加规则的优化问题。
[0012] 本发明提供的曝光辅助图形的优化方法包括以下步骤：
[0013] 步骤S01，收集工艺窗口数据，建立工艺窗口 0PC (光学邻近效应校正）模型；
[0014] 步骤S02,收集SRAF在工艺窗口内未被曝光出图形的参数安全范围；
[0015] 步骤S03,按照光刻层次的图形特征，设计1维线或者2维孔的周期渐变测试图 形；
[0016] 步骤S04,对于该测试图形，采用基于简单规则（simple rule-based)和基于模型 (Model-based)两种方式分别添加 SRAF ;
[0017] 步骤S05,利用0PC结果检查程序计算出基于简单规则SRAF和基于模型SRAF的工 艺波动带宽值（PV-band)，并将测试图形的周期划分为：按简单规则SRAF无法添加曝光辅 助图形的周期区间A以及简单规则SRAF添加的曝光辅助图形条数由N变为N+1条的多周 期区间；
[0018] 步骤S06,以基于模型SRAF的工艺波动带宽值作为参考标准，设定开始添加 SRAF 的周期，并对不同周期区间工艺波动带宽设定上限值；
[0019] 步骤S07,分别优化各周期区间的曝光辅助图形SRAF参数；
[0020] 步骤S08,实现曝光辅助图形的规则优化。
[0021] 进一步地，步骤S02和S07中的SRAF参数包括曝光辅助图形的宽度、曝光辅助图 形与主要图形的距离、曝光辅助图形相互之间的间距。
[0022] 进一步地，步骤S02中收集SRAF在工艺窗口内未被曝光出图形的参数安全范围作 为步骤S07中SRAF参数优化的边界条件。
[0023] 进一步地，步骤S03为设计一组周期由100-2000nm，周期变化间隔为5-20nm的测 试图形。
[0024] 进一步地，步骤S06中设定开始添加 SRAF的周期为基于模型SRAF的工艺波动带 宽最大值所在的周期，设定该周期区间A内工艺波动带宽上限值为基于模型SRAF的工艺波 动带宽最大值，并设定其余周期的工艺波动带宽上限值为关键尺寸乘以10%。
[0025] 进一步地，步骤S07之后还包括，判断各周期区间的工艺波动带宽值是否均低于 该设定的上限值，若是，则进入步骤S08,若否，则重复步骤S07。
[0026] 本发明的曝光辅助图形的优化方法，能高效快捷地实现曝光辅助图形添加规则的 优化，不需要收集海量的FEM数据，比基于模型方式的SRAF减少了运算量；规则优化后的 PV-band值，在各周期区间都满足小于等于制程目标上限值MA，并且接近基于模型方式的 SRAF的结果；脚本运行时间可以比基于模型的方式减少近60%。
【专利附图】
【附图说明】
[0027] 为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实 施例进行详细描述，其中：
[0028] 图1是传统的SRAF添加规则的制定方法流程示意图；
[0029] 图2是本发明曝光辅助图形的优化方法流程示意图；
[0030] 图3是本发明优化方法中测试图形的周期划分示意图；
[0031] 图4是本发明优化方法中优化结果比较示意图；
[0032] 图5是本发明优化方法中运行时间比较示意图。
【具体实施方式】
[0033] 请参阅图2,本实施例的曝光辅助图形的优化方法包括以下步骤：
[0034] 步骤S01，收集工艺窗口内、多个能量及焦深条件的0PC测试图形数据，建立工艺 窗口 0PC模型。
[0035] 步骤S02,收集SRAF参数的安全范围，该参数安全范围是SRAF在工艺窗口内未被 曝光出图形的参数安全范围。如当曝光辅助图形的宽度为20-45nm时，曝光辅助图形与主 要图形的距离为50-100nm，曝光辅助图形相互之间的间距为50-100nm。
[0036] 步骤S03,按照光刻层次的图形特征，设计一组周期由100_2000nm，周期变化间隔 为5-20nm的1维线或2维孔的测试图形。
[0037] 步骤S04,对于该测试图形，采用基于简单规则和基于模型两种方式分别添加 SRAF，该两种方法可以参照现有技术。
[0038] 步骤S05,利用0PC结果检查程序计算出基于简单规则SRAF和基于模型SRAF的工 艺波动带宽值，并将测试图形的周期划分为：按简单规则SRAF无法添加曝光辅助图形的周 期区间A，以及简单规则SRAF添加的曝光辅助图形条数由N变为N+1条的多周期区间B、C、 D和E，如图3所示。
[0039] 步骤S06,以基于模型SRAF的工艺波动带宽值作为参考标准，设定开始添加 SRAF 的周期，并对该测试图形不同周期区间的工艺波动带宽设定上限值。其中，设定开始添加 SRAF的周期为基于模型SRAF的工艺波动带宽最大值所在的周期，设定周期区间A的工艺波 动带宽上限值为基于模型SRAF的工艺波动带宽的最大值10. 5nm，并设定其余周期的上限 值为关键尺寸乘以10%，即等于8. 5nm，如图4所示。
[0040] 步骤S07,分别优化各周期区间的曝光辅助图形SRAF参数，包括曝光辅助图形的 宽度、曝光辅助图形与主要图形的距离、曝光辅助图形相互之间的间距。
[0041] 步骤S071，判断各周期区间的工艺波动带宽值是否均低于该设定的上限值，若是， 则进入步骤S08,若否，则重复步骤S07。
[0042] 步骤S08,实现曝光辅助图形的规则优化。
[0043] 图4是本发明优化方法中优化结果比较示意图，从图中可见，本实施例（含五角星 的线条）优化规则后各周期区间的工艺波动带宽值均小于或等于设定的上限值，并且接近 基于模型方式的SRAF结果（含圆点的线条）。
[0044] 图5是本发明优化方法中运行时间比较示意图，从图中可见，本发明的总运行时 间要比基于模型方式减少将近60 %。
【权利要求】
1. 一种曝光辅助图形的优化方法，其特征在于，其包括以下步骤： 步骤SOI，收集工艺窗口数据，建立工艺窗口 OPC模型； 步骤S02,收集SRAF在工艺窗口内未被曝光出图形的参数安全范围； 步骤S03,按照光刻层次的图形特征，设计1维线或者2维孔的周期渐变测试图形； 步骤S04,对于该测试图形，采用基于简单规则和基于模型两种方式分别添加 SRAF ; 步骤S05,利用0PC结果检查程序计算出基于简单规则SRAF和基于模型SRAF的工艺波 动带宽值，并将测试图形的周期划分为：按简单规则SRAF无法添加曝光辅助图形的周期区 间A，以及简单规则SRAF添加的曝光辅助图形条数由N变为N+1条的多周期区间； 步骤S06,以基于模型SRAF的工艺波动带宽值作为参考标准，设定开始添加 SRAF的周 期，并对不同周期区间工艺波动带宽设定上限值； 步骤S07,分别优化各周期区间的曝光辅助图形SRAF参数； 步骤S08,实现曝光辅助图形的规则优化。
2. 根据权利要求1所述的曝光辅助图形的优化方法，其特征在于：步骤S02和S07中 的SRAF参数包括曝光辅助图形的宽度、曝光辅助图形与主要图形的距离、曝光辅助图形相 互之间的间距。
3. 根据权利要求2所述的曝光辅助图形的优化方法，其特征在于：步骤S02中收集 SRAF在工艺窗口内未被曝光出图形的参数安全范围作为步骤S07中SRAF参数优化的边界 条件。
4. 根据权利要求1所述的曝光辅助图形的优化方法，其特征在于：步骤S03为设计一 组周期由100_2000nm，周期变化间隔为5-20nm的测试图形。
5. 根据权利要求1所述的曝光辅助图形的优化方法，其特征在于：步骤S06中设定开 始添加 SRAF的周期为基于模型SRAF的工艺波动带宽最大值所在的周期，设定该周期区间 A内工艺波动带宽上限值为基于模型SRAF的工艺波动带宽最大值，并设定其余周期的工艺 波动带宽上限值为关键尺寸乘以10%。
6. 根据权利要求1至5任一项所述的曝光辅助图形的优化方法，其特征在于：步骤S07 之后还包括，判断各周期区间的工艺波动带宽值是否均低于该设定的上限值，若是，则进入 步骤S08,若否，则重复步骤S07。
【文档编号】G03F1/36GK104090468SQ201410371051
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】张月雨, 毛智彪, 张瑜 申请人:上海华力微电子有限公司