光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正(OPC)技術(shù)及其應(yīng)用

1、 第12期蔡懿慈等:光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正(OPC技術(shù)及其應(yīng)用1611G(f,g=flTCC萬(wàn)df7dgi(5其中TCC為傳遞函數(shù).如果我們認(rèn)為光學(xué)系統(tǒng)的輸入光強(qiáng)是沖激函數(shù)之和,即f(x,y=口口島(訓(xùn),則最后的輸出光強(qiáng)為I(x,y=aug,一id,Y一,(6其中g(shù),是G仍g的Fourier逆變換.從以上分析可以知道:首先,成像處任一點(diǎn)的光強(qiáng)是掩膜上所有點(diǎn)發(fā)出的光波的疊加結(jié)果,這正是光波衍射和干涉原理的具體體現(xiàn);其次,(6式給出的光強(qiáng)結(jié)果是經(jīng)過(guò)歸一化處理的,表示的是相對(duì)的光強(qiáng)分布,這對(duì)于我們要處理的問(wèn)題來(lái)說(shuō)是合適的;最后,(6式中的變量磁f是二值的,它直接代表了對(duì)應(yīng)的像素格是否透光,因而,的最后取值

2、就代表了掩膜圖形進(jìn)行光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正后的形狀、大小和位置等幾何特征.通過(guò)模擬輸入光波透過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的過(guò)程,可以得到轉(zhuǎn)換后的輸出光強(qiáng)分布.在基于模型的掩膜版矯正中,關(guān)鍵是獲得硅片上成像圖形與預(yù)期圖形間的差異,因此需要進(jìn)一步處理輸出光強(qiáng)分布,獲得差異信息.(a根據(jù)物理意義判別成像圖形. 在硅片上輸出光強(qiáng)數(shù)值大于或等于光刻膠曝光閾值如的區(qū)域?qū)⒈黄毓?形成成像圖形,而且在成像圖形邊界兩側(cè)輸出光強(qiáng)的變化梯度最大,從而可以根據(jù)輸出光強(qiáng)得到成像圖形形狀和位置,與預(yù)期圖形相比較獲得差異信息(如圖3所示.由于判別標(biāo)準(zhǔn)是不等式,不方便計(jì)算機(jī)處理;但由于需要考慮的目標(biāo)點(diǎn)比較少,所以可以減少光學(xué)模擬計(jì)算的次數(shù),提高處理

3、效率.(b根據(jù)數(shù)學(xué)意義判別成像圖形.叔據(jù)數(shù)學(xué)意義構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)主要可以用圖3硅片成像示意圖MSE評(píng)判規(guī)貝,lJ(mean square error criterion,通過(guò)要求的掩膜形狀估計(jì)所求的光強(qiáng)分布,(工,Y,然后由(7式得到錯(cuò)誤評(píng)判量,最小化這個(gè)錯(cuò)誤評(píng)判量即可求得磁i.e(aff:i,J=1,us=I【,(工,7一Ir(z,r(txdy.(7這種構(gòu)造函數(shù)的方法簡(jiǎn)便可行,便于計(jì)算機(jī)處理,但需要的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)過(guò)多,容易引起計(jì)算時(shí)問(wèn)代價(jià)過(guò)大等問(wèn)題.在實(shí)際處理計(jì)算結(jié)果時(shí),本文采取上面兩種方法的結(jié)合.3.2掩膜圖形的優(yōu)化算法掩膜版圖形優(yōu)化的輸入包括待矯正的目標(biāo)圖形(correction target

4、和環(huán)境圖形(environment features序列.待矯正的目標(biāo)圖形是優(yōu)化算法矯正的目標(biāo),它是一個(gè)完整的多邊形(凸多邊形或 1614中國(guó)科學(xué)E輯信息科學(xué)第37卷規(guī)則庫(kù)矯正過(guò)程的時(shí)間、空問(wèn)復(fù)雜度.本文通過(guò)合理地控制規(guī)則類(lèi)型的數(shù)量和每種規(guī)則圖形的復(fù)雜度,有效地減小處理過(guò)程的時(shí)間、空間代價(jià),從而提高整個(gè)基于規(guī)則的掩膜版矯正系統(tǒng)的效率.我們歸納了線(xiàn)寬、線(xiàn)端、拐角和通孔4種類(lèi)型的矯正規(guī)則.對(duì)每種規(guī)則,選擇若干參數(shù)描述規(guī)則中矯正目標(biāo)圖形及其環(huán)境圖形.圖6是4種矯正規(guī)則圖形和參數(shù)的示意圖. 圖6矯正規(guī)則圖形和參數(shù)描述(a線(xiàn)寬規(guī)則;(b線(xiàn)端規(guī)則;(c拐角規(guī)則:(d通孔規(guī)則規(guī)則庫(kù)建立過(guò)程中依次處理線(xiàn)寬、線(xiàn)

5、端、拐角和通孔4種規(guī)則,每種規(guī)則對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)表格.在規(guī)則庫(kù)的建立過(guò)程中,可以將規(guī)則輸入?yún)?shù)變化的范圍控制在光學(xué)鄰近效應(yīng)較強(qiáng)的有限范圍之內(nèi),使得規(guī)則庫(kù)中的數(shù)據(jù)量得以控制.由于預(yù)先設(shè)定規(guī)則輸入?yún)?shù)的變化步長(zhǎng)和變化范圍,所以在規(guī)則庫(kù)的描述文件中記錄規(guī)則的類(lèi)型、輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)的數(shù)目、輸入?yún)?shù)變化的步長(zhǎng)和范圍,而在規(guī)則數(shù)據(jù)表格中只順序存儲(chǔ)規(guī)則的輸出參數(shù)數(shù)值,不再存儲(chǔ)輸入?yún)?shù)變化的具體數(shù)值,這樣處理可以大大降低存儲(chǔ)規(guī)則庫(kù)的空間代價(jià). 第12期蔡懿慈等:光學(xué)鄰近效應(yīng)矯iE(OPC技術(shù)及其應(yīng)用1617和基于規(guī)則的矯正算法模塊進(jìn)行OPC矯正.基于規(guī)則的矯正,圖形處理速度較快,但精度不夠高,適宜應(yīng)用在處理數(shù)據(jù)

6、量很大、精度要求相對(duì)較低的全局掩膜版矯正中;基于模型的矯正,圖形矯正的精度很高,但處理速度較慢,適合應(yīng)用于要求矯正精度很高的局部關(guān)鍵掩膜版矯正中,如晶體管的多晶硅柵極圖形、接觸孔圖形等.矯正過(guò)程中通過(guò)交互控制模塊進(jìn)行兩者之間的協(xié)調(diào),在滿(mǎn)足矯正精度要求的前提下,提高矯正效率.最后輸出矯正后的掩膜版圖形數(shù)據(jù).圖8OPC矯正系統(tǒng)6實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們已經(jīng)將MROPC系統(tǒng)在工作站上用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),輸入掩膜版圖形即可以得到矯正后的相應(yīng)圖形,利用光學(xué)模擬可以獲得硅片上成像圖形的輪廓,從而判別矯正的效果,如圖9所示. (aCo圖9MR-OPC矯正掩膜版圖形示意圖(a矯正前;Co矯正后圖10列舉了一些矯正的結(jié)果,光刻工

7、藝的參數(shù)條件是光刻光波波長(zhǎng)248nm,數(shù)值孔徑1618中國(guó)科學(xué)E輯信息科學(xué)第37卷0.5,聚焦深度0.0,光波部分相干度O.7,芯片的最小線(xiàn)寬0.18Ixm (d圖10某單元多晶硅層部分圖形矯正實(shí)驗(yàn)結(jié)果示意圖(a矯正目標(biāo)圖形;(b矯正后圖形;(c矯正前成像圖形;(d矯正后成像圖形7結(jié)論本文針對(duì)芯片制造過(guò)程中的光學(xué)鄰近效應(yīng),深入研究了光學(xué)鄰近效應(yīng)的本質(zhì),主要注重基于規(guī)則的光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正和基于模型的光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正兩種方法的結(jié)合,設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了自適應(yīng)的MR.OPC矯正系統(tǒng),較好地解決了OPC矯正中的精度和效率問(wèn)題.在基于模型的光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正方法中,研究了光刻過(guò)程的物理數(shù)學(xué)原理,提出并實(shí)現(xiàn)了具有較

8、高精確度、較強(qiáng)靈活性的、以分段分類(lèi)思想為基礎(chǔ)的掩膜版優(yōu)化算法.在基于規(guī)則的光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正方法中,通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn),歸納總結(jié)出線(xiàn)寬、線(xiàn)端、拐角和通孔4種類(lèi)型的矯正規(guī)則,并且在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了規(guī)則庫(kù)的自動(dòng)建立和規(guī)則庫(kù)的查找與應(yīng)用,提出并實(shí)現(xiàn)了具有效率高、擴(kuò)展性強(qiáng)的基于規(guī)則的掩膜版矯正算法.實(shí)例測(cè)試結(jié)果表明,該系統(tǒng)是有效的,其中的核心算法模塊已經(jīng)用于某EDA公司的軟件產(chǎn)品中.參考文獻(xiàn)3Chen J FLaidig T L,Wampler K E,et a1.Practical method for fullchip optical proximity correction.SPIE,1997,305

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10、yst,2000,19(2:175187 光學(xué)鄰近效應(yīng)矯正(OPC技術(shù)及其應(yīng)用作者:蔡懿慈, 周強(qiáng), 洪先龍, 石蕊, 王旸作者單位:清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,北京,100084刊名: 中國(guó)科學(xué)E輯英文刊名:SCIENCE IN CHINA(SERIES E年,卷(期:2007,37(12參考文獻(xiàn)(19條1.Yan X L;Chen Y;Shi Z A new dissection method for model based frugal OPC 20052.Hopkins H H The concept of partial coherence in optics 19513.Yan X

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