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ZT: 可分離性OPC模型加速了計算光刻技術的發展

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樓主
發表于 2010-2-26 09:10:31 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
關鍵詞: OPC , 發展 , 技術 , 模型
在低k1光刻中,如果沒有采用經光學臨近校正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部分和光刻膠部分進行建模,能更快地得到準確的OPC結果,縮短了對光刻設備和OPC進行認證工藝所需的時間。采用確定的RET策略以及按預定的精度進行必要校正,經OPC校正的掩模可以直接用于工藝線新安裝的光刻設備上,從而使它能迅速地進入生產階段。

      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,分離式光學臨近校正(OPC)模型不僅可在整個芯片工藝窗口范圍進行表征,通過微調來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行優化。

      
在本文中,我們將對多組數據進行評估,以表明Tachyon FEM(聚焦和曝光矩陣)能夠對光學部分和光刻膠部分獨立地進行建模,在它的光學模塊中可以直接輸入實際的照明光源分布及其聚焦和曝光量。對實驗硅片的光刻結果表明,對某個光學設置進行過校正的FEM模型可以外推應用到其他完全不同的光學設置中,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推動了計算光刻技術的發展,以滿足從90nm20nm及其以下工藝中對整個芯片上CD均勻性(CDU)的要求。由于未來對CDU的目標要求會更加苛刻,對整個芯片級的光刻性能優化將會變得非常重要和極其必要。針對現有工藝進行校準的模型化OPC,就必須在整個芯片級的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和光刻膠的狀況,每次任何一個光學設置發生改變,這種模型就要重新進行校準。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行光刻工藝的表征,就需要一個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配置模型相結合。
在實際的生產中,在當前45nm節點工藝中要校正一個可靠的OPC模型是非常耗費時間的。采用一個模型校正測試掩模板來曝光硅片可以加快進度(小于一個小時),但隨后進行的下列兩個步驟依然是個很麻煩的事情:


      
1)要用SEM進行幾千次的CD測量工作,還要在整個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月,也要好幾個星期,但是如果能使用強有力的計算機硬件,實際的OPC模型校正只需要幾天就能完成。毫無疑問,總的校正過程在當今天快節奏的生產發展周期中占據了過多的時間。如果校正工作需要重復更多次數的話,情況會變得更為糟糕。但如果能采用新一代的分離化模型,就可以在幾分鐘內產生一個高可靠的校正模型。

1. a)一個直線圖形的模擬成像;b)將a圖中紅色窗口部分進行局部放大,表明在采用256個以上的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都有著很好的匹配性。


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


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

      
可分離的OPC模型

      
可分離模型的優勢在于其中每一個模塊都能夠更加全面地反映該級別的物理和化學性質,從而提高了它們的精確性和可靠度。在獲得實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行匹配及表征、對現有生產工藝的快速適應及微調,這些應用的結果將能改進產品的良品率和更快地將產品推向市場。

      
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芯片進行表征的FEM校正技術[1-8],并且僅使用一組FEM實驗數據來對一個基本模塊進行校正。在改變光學條件時,無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生對CD的預測并與相應的硅片上CD測量結果進行比較。為了論證可分離模型的性能,我們將經校正基本模型產生的CD均方根(RMS)誤差與那些未經硅片校正模型產生的CD均方根(RMS)誤差進行了比較,實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。

      
可分離模型建立

      
對于一個可分離的模型而言,物理過程中某一部分的變化只應會影響該模型的相應部分。比如說,采用環狀照明校準的模型在應用于其他類型照明時也應該能準確地進行預測。在光刻工藝的三個層面(掩模版、光學系統和光刻膠)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,則整個模型的可分離性將會越好。

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,而只是用來進行模擬數據的比較。

      
光學模型的實現需要遵循基本原理和嚴格的光學成像理論。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)常被用來描述OPC中的部分相干成像的形成過程。為了得到最好的結果,需要多達256個的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,才能代表實際掃描型光刻機的光學特性。

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

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

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


對整個芯片布局獲得相同水準的精確度。圖2通過比較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。

      
實驗評估

      
為了評估模型的與Tachyon相關的可分離性,我們已在位于VeldhovenIMECASML演示實驗室以及Albany研究中心進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誤差的預計值和實際晶片上的測量值進行了比較,以檢測可分離式模型模擬實際硅片光刻的性能。所獲得的數據表明,當采用實際的照明光源分布時,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,以及在如何從一個設定的基礎模型來處理不同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一步報告將會隨后公布。


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


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

      
3顯示了當用實際照明光源分布(紅色)來替代參數化設置(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)和其他沒有進行擬合模型之間在RMS偏差上都在亞納米范圍。
4總結了實驗條件以及對經擬合的基礎模型和實驗測量獲得的CD RMS誤差的結果。實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和采用環形照明(σi/σo = 0.64/0.90)進行擬合;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和照明設置來研究模型的預測能力。NA的實驗設置分別是1.11.2,采用相同的基礎模型環形照明。而對于照明光源試驗,一種采用的是環形照明(σi/σo = 0.59/0.85),另一種則是類星體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。沒有使用任何的硅片數據來對新模型進行校正。

      
如使用基礎模型,并在NA=1.15條件下進行校正來對相同環狀照明條件下兩種不同NA設置(1.11.2)進行研究,用均方根誤差RMS形式來表征模型對光刻膠CD的預測性能,其CD的預測值和測量值分別是1.07nm0.96nm。如果NA設置均為相同的1.15,但是采用了不同的光源(另一個環形光源和一個類星體quasar-30照明光源,模型預測的均方根誤差RMS分別為1.07nm1.28nm。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。
5顯示了三個NA設置時在不同節距情況下的CD的均方根RMS誤差散點圖,并將在NA=1.15進行校正的基礎模型的誤差趨勢與NA設置為1.11.2的預測值進行了比較,三幅圖均采用了圖4所提到的采用了相同的環狀光源。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證據。圖6為類似的散點分布圖,該圖是對一種照明光源進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行了比較,三者都采用相同的NA值為1.15(見圖4)。該模型在整個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。

沙發
 樓主| 發表于 2010-2-26 09:11:11 | 只看該作者
總結

      對硅片的光刻實驗已經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品投入生產的速度。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測量的精確設備參數,愈早能建立精確的模型,就能夠同時、平行地來確定設計規則、RET策略、OPC開發等。你還可以發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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