[发明专利]一种光学邻近修正的焦平面选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制作技术，特别涉及一种光学邻近修正的焦平面选择方法。

背景技术

在集成电路制造中，为了将电路图形顺利地转移到晶片衬底上，必须先将该电路图形设计成光罩上的光罩图案，然后再将光罩图案通过曝光显影工艺转移到该晶片衬底上，转移晶片衬底上的图形称为光刻图案。该晶片衬底包括，但不局限于，例如硅、硅锗（SiGe）、绝缘体硅（SOI）以及其各种组合物等材料。随着超大规模集成电路（Very Large Scale Integrated circuites，VLSI）的发展，导致了对减小电路图形尺寸和增加布局密度的需求的增长。当关键尺寸（critical dimensions，CD）接近或小于光刻工艺所用的光源波长时，就会使光刻图案变形；还会因为受到邻近的图形影响等因素而导致图形的扭曲和偏移，例如线端缩短（line-end shortening）、线端连结（line-end bridging）、线宽变异（line width variations）、线角圆化（line corner rounding）。这就更加需要使用分辨率增强技术（RET）以扩展光刻工艺的能力。RET包括诸如光学邻近修正（Optical Proximity Correction，OPC）、次分辨率辅助图形增强光刻（SRAF）和相位移增强掩模光刻（PSM）等技术。其中，OPC技术更是在近来在半导体制造中兴起的一种热门工艺。OPC技术通过系统改变光罩图案，补偿上述图形的扭曲和偏移，系统改变光罩图案主要是指预先改变光罩图案的形状和尺寸，即在光罩图案末端增加辅助图形，使得晶片衬底上最终形成的光刻图案达到电路图形的设计要求。

OPC技术首先要求在最佳曝光能量和焦平面条件下收集每种电路图形（例如一条线端或者一个孔洞）的实验数据，也就是建立光学邻近效应模型。对每种电路图形来说，最佳曝光能量和焦平面的选择，则根据泊桑（Bossung）曲线确定。众所周知，Bossung曲线是不同曝光能量下的一组曲线，每条Bossung曲线的获取方法是：将待测的电路图形单独转化为独立的光罩图形后，在相同的曝光能量下，改变焦平面（focus）相关参数，经过曝光和显影等步骤得到不同焦平面相关参数分别对应的光刻图案的特征尺寸（CD），建立以上述焦平面相关参数作为横坐标，以所述焦平面相关参数对应的特征尺寸作为纵坐标的曲线。由于最佳的焦平面的选择条件要求在焦平面相关参数变化时，特征尺寸的波动最小，通常选取Bossung曲线的波峰或者波谷（此时δ[CD]/δ[focus]微分数值为零）的横坐标作为最佳焦平面取值点。最佳曝光能量的选择方法是，在不同的曝光能量下的一组曲线中，从上述选定的最佳焦平面对应的光刻图案的特征尺寸中找出最接近目标特征尺寸的曲线，该曲线的曝光能量值作为最佳曝光能量。

采用在上述最佳曝光能量和焦平面相关参数的实验条件下建立的光学邻近效应模型，修正光罩图案的设计布局，称为基于模型的OPC，该方法只能保证光刻工艺在最佳条件时的准确性。基于模型的OPC技术在实际光刻工艺流程中，其最佳条件（主要是最佳焦平面相关参数）的准确性还会受到以下三个方面的影响：第一，晶片（wafer）表面的高低变化，可以用探测的方法得到；第二，曝光步骤中，由于温度，压力以及其他外界因素，对用于聚焦曝光光束的透镜的影响所导致的焦平面变化；第三，光刻工艺所用光阻胶的性质以及厚度，