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標題: ZT: 可分離性OPC模型加速了計算光刻技術(shù)的發(fā)展 [打印本頁(yè)]

作者: 步從容 時(shí)間: 2010-2-26 09:10
標題: ZT: 可分離性OPC模型加速了計算光刻技術(shù)的發(fā)展
在低k1光刻中，如果沒(méi)有采用經(jīng)光學(xué)臨近校正OPC的掩模，那么對光刻工藝的整合和認證就顯得意義不大。功能強大的可分離性模型可獨立地對光學(xué)部分和光刻膠部分進(jìn)行建模，能更快地得到準確的OPC結果，縮短了對光刻設備和OPC進(jìn)行認證工藝所需的時(shí)間。采用確定的RET策略以及按預定的精度進(jìn)行必要校正，經(jīng)OPC校正的掩�？梢灾苯佑糜诠に嚲€(xiàn)新安裝的光刻設備上，從而使它能迅速地進(jìn)入生產(chǎn)階段。

   Hua-Yu Liu, Jiong Jiang, Quin Zhoa, J. Fung Chen, Brion Technologies, Robert Socha, Jo Finders, ASML



   有別于傳統的行為集總型模型，分離式光學(xué)臨近校正（OPC）模型不僅可在整個(gè)芯片工藝窗口范圍進(jìn)行表征，通過(guò)微調來(lái)匹配現有的工藝和曝光設備，也可以在使用新一代曝光設備、光掩模版、光刻膠工藝之前就可以對現有的工藝進(jìn)行優(yōu)化。

   在本文中，我們將對多組數據進(jìn)行評估，以表明Tachyon FEM（聚焦和曝光矩陣）能夠對光學(xué)部分和光刻膠部分獨立地進(jìn)行建模，在它的光學(xué)模塊中可以直接輸入實(shí)際的照明光源分布及其聚焦和曝光量。對實(shí)驗硅片的光刻結果表明，對某個(gè)光學(xué)設置進(jìn)行過(guò)校正的FEM模型可以外推應用到其他完全不同的光學(xué)設置中，對其校準精度的預測具有相當的準確度。

   OPC模型

   模型化的OPC推動(dòng)了計算光刻技術(shù)的發(fā)展，以滿(mǎn)足從90nm到20nm及其以下工藝中對整個(gè)芯片上CD均勻性（CDU）的要求。由于未來(lái)對CDU的目標要求會(huì )更加苛刻，對整個(gè)芯片級的光刻性能優(yōu)化將會(huì )變得非常重要和極其必要。針對現有工藝進(jìn)行校準的模型化OPC，就必須在整個(gè)芯片級的CD校正和認證上提供可靠的精確度。

   通常的OPC模型僅僅局限在所校準的光學(xué)和光刻膠的狀況，每次任何一個(gè)光學(xué)設置發(fā)生改變，這種模型就要重新進(jìn)行校準。為了能夠在采用現有涂膠工藝情況下對即將采用的新一代曝光設備預先進(jìn)行光刻工藝的表征，就需要一個(gè)完全分離型的光刻模型。因此，光刻膠、成像設備和掩模模型都必須相互獨立，這樣才可使現有的光刻膠和掩模模型能與新一代光學(xué)配置模型相結合。
在實(shí)際的生產(chǎn)中，在當前45nm節點(diǎn)工藝中要校正一個(gè)可靠的OPC模型是非常耗費時(shí)間的。采用一個(gè)模型校正測試掩模板來(lái)曝光硅片可以加快進(jìn)度（小于一個(gè)小時(shí)），但隨后進(jìn)行的下列兩個(gè)步驟依然是個(gè)很麻煩的事情：

   （1）要用SEM進(jìn)行幾千次的CD測量工作，還要在整個(gè)工藝窗口范圍中提取二維的圖形數據，隨后還要：

   （2）耗費很大精力去“整理”大量的測量數據。

   上述步驟即使不花上幾個(gè)月，也要好幾個(gè)星期，但是如果能使用強有力的計算機硬件，實(shí)際的OPC模型校正只需要幾天就能完成。毫無(wú)疑問(wèn)，總的校正過(guò)程在當今天快節奏的生產(chǎn)發(fā)展周期中占據了過(guò)多的時(shí)間。如果校正工作需要重復更多次數的話(huà)，情況會(huì )變得更為糟糕。但如果能采用新一代的分離化模型，就可以在幾分鐘內產(chǎn)生一個(gè)高可靠的校正模型。

圖1. a）一個(gè)直線(xiàn)圖形的模擬成像；b）將a圖中紅色窗口部分進(jìn)行局部放大，表明在采用256個(gè)以上的Hopkins TCC條件下可與Abbe計算分析結果吻合良好；c）兩種方法對不同節距的CD都有著(zhù)很好的匹配性。

圖2. FEM基礎模型的性能。通過(guò)比較整個(gè)工藝窗口范圍的CD均方根誤差設定值（黑色）和預測值（紅色）來(lái)評估模型的性能。

圖3. 實(shí)際照明光源分布（紅色）與參數化設置（藍色）相比，模型的精度得到了改進(jìn)。

   可分離的OPC模型

   可分離模型的優(yōu)勢在于其中每一個(gè)模塊都能夠更加全面地反映該級別的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而提高了它們的精確性和可靠度。在獲得實(shí)際的硅片數據以及新設備之前它就具有更多、更為強大的應用，比如能夠對低k1成像做早期的確認、對掃描式光刻機的進(jìn)行匹配及表征、對現有生產(chǎn)工藝的快速適應及微調，這些應用的結果將能改進(jìn)產(chǎn)品的良品率和更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

   在本文中，我們將討論如何建立可分離的模型，以及如何使用對整個(gè)芯片進(jìn)行表征的FEM校正技術(shù)[1-8]，并且僅使用一組FEM實(shí)驗數據來(lái)對一個(gè)基本模塊進(jìn)行校正。在改變光學(xué)條件時(shí)，無(wú)須使用任何硅片數據就可以很快生成多組模型。然后由這些模型可以產(chǎn)生對CD的預測并與相應的硅片上CD測量結果進(jìn)行比較。為了論證可分離模型的性能，我們將經(jīng)校正基本模型產(chǎn)生的CD均方根（RMS）誤差與那些未經(jīng)硅片校正模型產(chǎn)生的CD均方根（RMS）誤差進(jìn)行了比較，實(shí)際不同的照明光源分布的模擬結果證明了該模型在精確性方面的改進(jìn)。

   可分離模型建立

   對于一個(gè)可分離的模型而言，物理過(guò)程中某一部分的變化只應會(huì )影響該模型的相應部分。比如說(shuō)，采用環(huán)狀照明校準的模型在應用于其他類(lèi)型照明時(shí)也應該能準確地進(jìn)行預測。在光刻工藝的三個(gè)層面（掩模版、光學(xué)系統和光刻膠）上，對每一模型模塊的根本的物理特性與其主要的物理效應結合得越為緊密，則整個(gè)模型的可分離性將會(huì )越好。

圖4. 模型可分離性試驗評估中光刻膠 CD RMS誤差總結。在四種曝光條件下對硅片的測量不是用于模型的擬合，而只是用來(lái)進(jìn)行模擬數據的比較。

   光學(xué)模型的實(shí)現需要遵循基本原理和嚴格的光學(xué)成像理論。必須盡可能地減小殘余的擬合誤差，以防止它不必要地耦合到光刻膠的模型中。Hopkins傳輸交叉系數（TCC）常被用來(lái)描述OPC中的部分相干成像的形成過(guò)程。為了得到最好的結果，需要多達256個(gè)的TCC條件才能與Abbe方法計算分析的圖像相吻合（圖1）。對于低k1成像，在光學(xué)鄰近計算中采用較大的界限半徑（3-4μm）可以更好地獲得可以接受的精確度。一些重要的物理效應，比如照明光源的分布、用Jones Pupils表示的偏振度及成像透鏡的波陣面像差等都需要包括在內，才能代表實(shí)際掃描型光刻機的光學(xué)特性。

   光刻膠模型需要進(jìn)行物理上的改動(dòng)，并且應該能與實(shí)際經(jīng)驗進(jìn)行很好的校準。為了進(jìn)行矢量成像，要計算光刻膠中的空間像平均值以及空間像的分布。光學(xué)模型能很好地預測變化的趨勢，但我們也需要一個(gè)有效的光刻膠模型來(lái)準確地預測CD、分辨率、工藝窗口和鄰近效應。

   采用現有的光刻膠模型，只要簡(jiǎn)單地改變模型的光學(xué)部分，就能夠實(shí)現對即將到來(lái)的低k1成像技術(shù)、掃描型光刻機匹配、RET/OPC的參數以及設計規則等問(wèn)題的處理。由于事先就能進(jìn)行準備工作，在第一時(shí)間就獲得準確模型的可能性就大為提高，這樣就可縮短整個(gè)工藝的研發(fā)和認證周期，加速RET/OPC掩模版數據帶的產(chǎn)生過(guò)程，以更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

   可分離式模型是具有預測性。該模型通過(guò)約束性FEM形式對對一組有限的圖形規格和形狀的CD采樣來(lái)進(jìn)行校準。該模型預計在整個(gè)工藝窗口范圍內

對整個(gè)芯片布局獲得相同水準的精確度。圖2通過(guò)比較CD誤差均方根的設定值（黑色）和預測值（紅色）顯示了模型的這種性能。

實(shí)驗評估

為了評估模型的與Tachyon相關(guān)的可分離性，我們已在位于Veldhoven的IMEC的ASML演示實(shí)驗室以及Albany研究中心進(jìn)行了一些晶圓光刻試驗。利用先前所描述的建模和校正方法，我們對光刻膠CD RMS誤差的預計值和實(shí)際晶片上的測量值進(jìn)行了比較，以檢測可分離式模型模擬實(shí)際硅片光刻的性能。所獲得的數據表明，當采用實(shí)際的照明光源分布時(shí)，相對與早期的參數化模型而言，該模型在預測結果的能力上，以及在如何從一個(gè)設定的基礎模型來(lái)處理不同NA和照明狀況的能力上都有了很大的性能提升。對涵蓋掩模的三維形貌效應和Jones Pupil計算的最新掃描型光刻機設備的進(jìn)一步報告將會(huì )隨后公布。

圖5.相同環(huán)形照明光源下的NA研究（σi/σo =0.64./0.90）: a）NA=1.15的基礎模型；b）NA分別采用1.1 and 1.2的模型。

圖6. 相同NA=1.15下的照明研究：a）采用 0.64/0.90環(huán)狀照明光源設置的基礎模型；b）采用不同的0.59/0.85環(huán)狀照明光源設置和采用0.64/0.90類(lèi)星體狀照明光源設置的模型。

圖3顯示了當用實(shí)際照明光源分布（紅色）來(lái)替代參數化設置（藍色）后，我們在提高模型精度上所獲得的結果。每個(gè)測試案例中，采用照明光源分布的CD RMS誤差始終較小。因為模型具有可分離性，基礎模型（圖3左側）和其他沒(méi)有進(jìn)行擬合模型之間在RMS偏差上都在亞納米范圍。
圖4總結了實(shí)驗條件以及對經(jīng)擬合的基礎模型和實(shí)驗測量獲得的CD RMS誤差的結果。實(shí)驗中所用的曝光設備是ASML 1700i。所有曝光均采用相同的光刻膠工藝�；A模型以NA=1.15和采用環(huán)形照明（σi/σo = 0.64/0.90）進(jìn)行擬合；擬合模型中光刻膠 CD RMS誤差為0.95nm。利用基礎擬合模式，我們分別采用兩種不同的NA和照明設置來(lái)研究模型的預測能力。NA的實(shí)驗設置分別是1.1和1.2，采用相同的基礎模型環(huán)形照明。而對于照明光源試驗，一種采用的是環(huán)形照明（σi/σo = 0.59/0.85），另一種則是類(lèi)星體quasar狀照明（σi/σo/degree = 0.64/0.90/30），NA參數值與基礎模型相同均為1.15。沒(méi)有使用任何的硅片數據來(lái)對新模型進(jìn)行校正。

如使用基礎模型，并在NA=1.15條件下進(jìn)行校正來(lái)對相同環(huán)狀照明條件下兩種不同NA設置（1.1和1.2）進(jìn)行研究，用均方根誤差RMS形式來(lái)表征模型對光刻膠CD的預測性能，其CD的預測值和測量值分別是1.07nm和0.96nm。如果NA設置均為相同的1.15，但是采用了不同的光源（另一個(gè)環(huán)形光源和一個(gè)類(lèi)星體quasar-30照明光源，模型預測的均方根誤差RMS分別為1.07nm和1.28nm。與0.95nm的基礎模型均方根RMS誤差相比，其差異保持在亞納米范圍內。
圖5顯示了三個(gè)NA設置時(shí)在不同節距情況下的CD的均方根RMS誤差散點(diǎn)圖，并將在NA=1.15進(jìn)行校正的基礎模型的誤差趨勢與NA設置為1.1和1.2的預測值進(jìn)行了比較，三幅圖均采用了圖4所提到的采用了相同的環(huán)狀光源。所有節距設置的下的RMS誤差的變化趨勢極為相似，都為亞納米級，這是可分離性模型具有良好性能的又一個(gè)證據。圖6為類(lèi)似的散點(diǎn)分布圖，該圖是對一種照明光源進(jìn)行校正的基礎模型的誤差預測值與其他兩種不同照明光源設置下的模型預測誤差值進(jìn)行了比較，三者都采用相同的NA值為1.15（見(jiàn)圖4）。該模型在整個(gè)節距范圍內的誤差變化趨勢相互符合得都非常好，預測值與擬合值的RMS差值均在亞納米范圍內。

作者: 步從容 時(shí)間: 2010-2-26 09:11
總結

   對硅片的光刻實(shí)驗已經(jīng)成功驗證了可分離式模型在不同掃描型光刻機-光刻膠工藝類(lèi)型中的應用。計算光刻的可分離式模型能夠大幅度地加快產(chǎn)品投入生產(chǎn)的速度。如果現有的光刻膠工藝能夠用于新型的掃描式光刻成像條件，這一可靠的模型（適用于任何掃描式光刻設備配置）只需要幾分鐘，而不是以往需要幾周的時(shí)間就能執行。在曝光設備安裝之前，該模型就能使用在設備廠(chǎng)測量的精確設備參數，愈早能建立精確的模型，就能夠同時(shí)、平行地來(lái)確定設計規則、RET策略、OPC開(kāi)發(fā)等。你還可以發(fā)現有更多的選件以及能獲得最佳化的解決方案。

   參考文獻

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