一种筛选光学系统像差敏感度的方法与流程

1.本发明涉及光学系统技术领域，尤其涉及一种筛选光学系统像差敏感度的方法。


背景技术：

2.光刻技术是集成电路制造中的关键技术，负责将掩模图形转移到硅片上。与典型的望远镜、显微镜等光学系统相似，光刻系统采用投影成像的方式将掩模上的图形信息缩小成像到硅片上。为了实现对纳米级别尺寸图形的准确成像，光刻投影光学系统的波像差需要具有极小的范围和极高的控制精度。因此，实现波像差的精确控制对于光刻设备研制以及半导体制造具有重要价值和意义。
3.传统的波像差控制方法均是从初始设计和公差分配的角度对像差分布提出约束指标，并利用均方根误差(rms)值和峰谷值(p-v值)来评价波像差的大小，利用点扩散函数(psf)来评价投影系统的像质优劣，最终获得波像差分布，其过程中需要依赖仿真工具，因此降低了获得波像差分布的速度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种筛选光学系统像差敏感度的方法，旨在解决传统的波像差控制方法获得波像差分布的速度较慢的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种筛选光学系统像差敏感度的方法，包括以下步骤：
6.基于光刻曝光系统针对的图层特征设计测试图形和设定光刻曝光的工艺条件；
7.基于所述测试图形和所述工艺条件建立包含光刻曝光质量特征的评价函数，并对光刻曝光质量变化进行评估，得到评估结果；
8.基于所述评估结果改变光刻投影系统的波像差分布，并对所述光刻曝光质量进行仿真，结合所述评价函数完成波像差参数的敏感度分析，得到敏感度分析结果；
9.设置与所述评价函数对应的敏感度阈值，并对所述敏感度分析结果中的阈值以上的泽尼克项进行筛选，得到筛选结果；
10.对所述筛选结果进行控制，得到满足光刻成像性能指标的像差分布。
11.其中，所述基于所述测试图形和所述工艺条件建立包含光刻曝光质量特征的评价函数，并对波像差分布进行评估，得到评估结果的具体方式为：
12.获取光刻曝光结果的特征尺寸值、图形中心位置偏移、工艺变化带宽中的至少一个指标及波像差分布；
13.基于所述指标建立评价函数；
14.对所述波像差分布进行泽尼克分解，得到分解结果；
15.选取所述分解结果中的预设阈值数量的泽尼克系数作为变化参数，并获取所述变化参数的光刻曝光结果的特征作为评价对象；
16.对所述评价对象的评价指标设定权重因子，得到评估结果。
17.其中，所述基于所述评估结果改变光刻投影系统的波像差分布的具体方式为：
18.获取所述分解结果中的预设阈值数量的泽尼克系数作为变化参数；
19.将所述变化参数以0值为起点，设置所述变化参数的变化范围、变化步长和所述权重因子。
20.其中，所述敏感度阈值为0.005。
21.其中，所述对所述筛选结果进行控制，得到满足光刻成像性能指标的像差分布的具体方式为：
22.将敏感度分析结果中大于敏感度阈值的所述泽尼克项保持不变；
23.改变敏感度分析结果中小于敏感度阈值的所述泽尼克项的泽尼克系数，得到改变结果；
24.基于所述改变结果提出像差优化方案，使光刻成像性能指标与零像差的误差在6％以内，得到像差分布。
25.本发明的一种筛选光学系统像差敏感度的方法，通过基于光刻曝光系统针对的图层特征设计测试图形和设定光刻曝光的工艺条件；基于所述测试图形和所述工艺条件建立包含光刻曝光质量特征的评价函数，并对光刻曝光质量变化进行评估，得到评估结果；基于所述评估结果改变光刻投影系统的波像差分布，并对所述光刻曝光质量进行仿真，结合所述评价函数完成波像差参数的敏感度分析，得到敏感度分析结果；设置与所述评价函数对应的敏感度阈值，并对所述敏感度分析结果中的阈值以上的泽尼克项进行筛选，得到筛选结果；对所述筛选结果进行控制，得到满足光刻成像性能指标的像差分布，解决了传统的波像差控制方法获得波像差分布的速度较慢的问题。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是本发明提供的一种筛选光学系统像差敏感度的方法流程图。
28.图2是基于所述测试图形和所述工艺条件建立包含光刻曝光质量特征的评价函数，并对波像差分布进行评估，得到评估结果的流程图。
29.图3是基于所述评估结果改变光刻投影系统的波像差分布的流程图。
30.图4是对所述筛选结果进行控制，得到满足光刻成像性能指标的像差分布的流程图。
31.图5是测试图形的线条结构图。
32.图6是测试图形的线端对线端结构图。
33.图7是测试图形的线端对线条结构图。
34.图8是敏感度排序图。
35.图9是对照的像差和根据限制指标筛选的像差分布。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.请参阅图1至图9，本发明提供一种筛选光学系统像差敏感度的方法，包括以下步骤：
38.s1、基于光刻曝光系统针对的图层特征设计测试图形和设定光刻曝光的工艺条件；
39.所述工艺条件包括所述光刻系统类型、波长、数值孔径、偏振态、光刻工艺叠层信息等，所述光刻曝光系统所针对的图层为集成电路中逻辑器件的金属层，依据金属层的特征，所述测试图形的类型包括线条结构、线端对线端结构以及线端对线条结构(如图5、图6、图7所示)，所述光刻系统类型选择为极紫外曝光系统、波长选择为13.5nm，数值孔径为0.33，无偏振类型、光刻工艺叠层为硅材料基底和光刻胶构成的双层膜结构。
40.s2、基于所述测试图形和所述工艺条件建立包含光刻曝光质量特征的评价函数，并对光刻曝光质量变化进行评估，得到评估结果；
41.具体方式为：s21、获取光刻曝光结果的特征尺寸值、图形中心位置偏移、工艺变化带宽中的至少一个指标及波像差分布；
42.s22、基于所述指标建立评价函数；
43.所述评价函数为：
44.其中rn为不同的像差分布，fi表示评价光刻曝光质量的第i个指标的函数，ωi为第i个指标对应的权重系数，常用的指标包括但不限于光刻曝光结果的cd值、图形中心位置偏移、工艺变化带宽等，f
p
表示惩罚函数，表示当波像差的变化超出了曝光质量评价指标的有效范围，则视该数据为无效数据。
45.当所述指标为光刻曝光结果的cd值(特征尺寸值)、图形中心位置偏移和工艺变化带宽时，所述评价函数为：cost function＝ω1f
cd
+ω2f
ps
+ω3f
pvb
；
46.其中，f
cd
表示光刻曝光结果的cd值，f
ps
为图形中心位置偏移，f
pvb
为工艺变化带宽。所述工艺变化带宽定义为掩模图形在一定的工艺变化范围内进行光刻曝光时，在光刻胶中得到的最外侧曝光轮廓(最大cd值)和最内侧曝光轮廓(最小cd值)的差值。一般而言，某种图形的工艺变化带宽越大，代表这种图形对工艺变化的敏感度越高、容忍度越低。
47.所述光刻曝光结果的cd值的计算公式为：
48.f
cd
＝max(cd1,cd2,....,cdm)-min(cd1,cd2,....,cdm)；
49.所述工艺变化带宽的计算公式为：
50.f
pvb
＝max(cdk)-min(cdk)；
51.其中，m为选择的测量高度个数；k表示工艺参数变化的组数。
52.s23、对所述波像差分布进行泽尼克分解，得到分解结果；
53.s24、选取所述分解结果中的预设阈值数量的泽尼克系数作为变化参数，并获取所述变化参数的光刻曝光结果的特征作为评价对象；
54.所述预设阈值数量为所述分解结果中的前37项。
55.s25、对所述评价对象的评价指标设定权重因子，得到评估结果。
56.s3、基于所述评估结果改变光刻投影系统的波像差分布，并对所述光刻曝光质量进行仿真，结合所述评价函数完成波像差参数的敏感度分析，得到敏感度分析结果；
57.其中，所述基于所述评估结果改变光刻投影系统的波像差分布的具体方式为：
58.s31、获取所述分解结果中的预设阈值数量的泽尼克系数作为变化参数；
59.s32、将所述变化参数以0值为起点，设置所述变化参数的变化范围、变化步长和所述权重因子。
60.所述变化范围为-0.02λ到0.02λ，所述变化步长0.001λ，所述权重因子为所述评价函数中的所述权重因子，所述权重因子为0.4,0.3和0.3。λ指波长。
61.得到敏感度的所述分析结果后，对所述分析结果中的敏感度进行排序，如图8所示：
62.排序结果从大到小依次为：z2、z19、z4、z10、z26、z7、z5、z21、z16、z28、z12、z30、z32和z17。
63.s4、设置与所述评价函数对应的敏感度阈值，并对所述敏感度分析结果中的阈值以上的泽尼克项进行筛选，得到筛选结果；
64.所述敏感度阈值为0.005，筛选结果为：z2、z19、z4、z10、z26、z7和z5。
65.s5、对所述筛选结果进行控制，得到满足光刻成像性能指标的像差分布。
66.具体方式为：s51、将敏感度分析结果中大于敏感度阈值的所述泽尼克项保持不变；
67.将所述筛选结果中的z2、z19、z4、z10、z26、z7和z5的泽尼克系数变化范围限制在10％以内。
68.s52、改变敏感度分析结果中小于敏感度阈值的所述泽尼克项的泽尼克系数，得到改变结果；
69.敏感度阈值小于0.005的所述泽尼克项的泽尼克系数可以在-0.02λ到0.02λ的范围内任意变化。
70.s53、基于所述改变结果提出像差优化方案，使光刻成像性能指标与零像差的误差在6％以内，得到像差分布。
71.选择一个示意性的像差分布作为对照，如图9所示，并以测试图形的工艺变化带宽小于3nm为限制指标，对选择的像差进行评估，评估结果如下表所示：
[0072][0073]
从上表中可以看出，利用敏感项控制方法，可以快速得到满足光刻成像质量要求的像差分布，且该像差分布对应的光刻曝光质量与零像差的误差在6％以内，二者的误差在6％以内。需要之处的是，这里的零像差的光刻成像质量不为零，是由于在极紫外光刻系统中，掩模版的阴影效应会导致光刻曝光结果的改变，当不考虑掩模三维效应时，零像差对应
的光刻曝光质量为最佳。
[0074]
本发明的一种筛选光学系统像差敏感度的方法，通过基于光刻曝光系统针对的图层特征设计测试图形和设定光刻曝光的工艺条件；基于所述测试图形和所述工艺条件建立包含光刻曝光质量特征的评价函数，并对光刻曝光质量变化进行评估，得到评估结果；基于所述评估结果改变光刻投影系统的波像差分布，并对所述光刻曝光质量进行仿真，结合所述评价函数完成波像差参数的敏感度分析，得到敏感度分析结果；设置与所述评价函数对应的敏感度阈值，并对所述敏感度分析结果中的阈值以上的泽尼克项进行筛选，得到筛选结果；对所述筛选结果进行控制，得到满足光刻成像性能指标的像差分布综合考虑了光刻成像的各项指标，基于评价函数实现了对波像差泽尼克项的敏感度筛选，通过控制敏感项的变化范围，可以快速得到满足光刻成像性能指标的像差分布。通过评价函数对波像差分布中敏感项的筛选，通过限制敏感项的变化范围为10％以内，快速得到了满足光刻曝光性能的波像差分布，通过严格仿真发现，该像差分布对应的光刻成像性能与零像差的误差在6％以内，各项成像的指标误差均在6％以内。本发明方法可应用于光刻机中投影物镜系统设计和像差控制中，当初步确定了物镜系统的初始结构，利用本发明方法可以从光刻成像的角度，对特定图层进行波像差敏感度分析，并结合图层上的版图特征和光刻曝光成像质量的需求快速得到优选的波像差分布，可有效释放光学设计和加工的潜力，解决了传统的波像差控制方法获得波像差分布的速度较慢的问题。
[0075]
以上所揭露的仅为本发明一种筛选光学系统像差敏感度的方法较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。