научная статья по теме ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КАЛИБРОВКИ ПРОЦЕССНЫХ OPC МОДЕЛЕЙ VT-5 С ПЕРЕМЕННЫМ ПОРОГОМ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ Электроника. Радиотехника

Текст научной статьи на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КАЛИБРОВКИ ПРОЦЕССНЫХ OPC МОДЕЛЕЙ VT-5 С ПЕРЕМЕННЫМ ПОРОГОМ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ»

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2010, том 39, № 6, с. 468-480

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ =

УДК 621.382

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ КАЛИБРОВКИ ПРОЦЕССНЫХ OPC МОДЕЛЕЙ VT-5 С ПЕРЕМЕННЫМ ПОРОГОМ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ © 2010 г. И. А. Родионов, А. В. Амирханов, Н. С. Кукина, А. Л. Лохов, Е. П. Михальцов

Учреждение Российской академии наук Научно-исследовательский институт системных исследований Российской АН (НИИСИ РАН), Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана", ЗАО "Megratec"

e-mail: ilro@bk.ru Поступила в редакцию 03.02.2010 г.

Рассмотрен один из наиболее распространенных подходов к моделированию сложных литографических систем, позволяющий учесть особенности влияния технологического процесса на перенос топологии СБИС на кремниевую пластину. Подход основан на применении современных средств моделирования и автоматизации проектирования СБИС, и позволяет снизить погрешности, возникающие в результате несовершенства технологического процесса, при переносе проекта на кремниевую пластину. Проведен анализ семейства экспериментально-ориентированных математических моделей VT-5 с переменным порогом чувствительности, используемых в САПР "Cailbre" компании "Mentor Graphics". Приведены результаты калибровки и верификации процессной модели для слоя поликремния, выполненного по технологии ОМТ НИИСИ РАН с проектными нормами 0.25 мкм. Представлены результаты верификации разработанной модели по контурам сложных топологических структур с использованием модуля "SEMCal" САПР "Calibre".

Работа проводится в рамках реализации ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009—2013 годы.

1. ВВЕДЕНИЕ

Сокращение размеров элементов КМОП СБИС провело к существенному изменению, как процесса литографии, так и методик топологического проектирования СБИС, которые стали все больше ориентированы на производство. Мировой накопленный опыт подтверждает, что эффект оптической близости, начиная с технологии 0.25 мкм и менее, оказывает все более существенное влияние на перенос топологии функциональных слоев СБИС с промежуточного шаблона на кремниевую пластину. Обычно коррекция оптического эффекта близости (далее ОРС, Optical Proximity Correction) используется для компенсации искажений изображения, которые возникают при проведении технологического процесса литографии и связаны с ограничениями разрешения проекционной оптики установок экспонирования. Ситуация усугубляется при производстве СБИС с проектными нормами, меньшими длины волны источников экспонирующего излучения литографических установок (сканеров, степперов и т.п.). Для проведения процедур коррекции необходимо иметь точные модели процесса, которые позволяли бы прогнозировать "отклик" технологического процесса (далее ТП) на различные сложные варианты топологического рисунка. Такими моделями стали процессные модели с переменным порогом чувствительности (далее VT Variable Threshold).

Модели VT относятся к классу компактных моделей (далее CM, Compact Model) [1]. Особенности

этих моделей в сравнении с первыми литографическими моделями описаны в статье [2]. Первоначальная VTR модель предполагает, что для каждой границы (стенки) топологии шаблона существует интенсивность света T, в области которой эта граница формируется в резисте (впечатывается). Это значение интенсивности света — порог чувствительности, который моделируется, как функция двух характеристик интенсивности света: максимальной локальной интенсивности и максимального локального градиента интенсивности [3]. Оба этих параметра вычисляются вдоль линий перпендикулярных к впечатываемой границе:

T max, Smax) ■

ФункцияД/^, ^max) может быть соответственно аппроксимирована многочленом второго или третьего порядка. Большинство коммерческих ОРС ориентированных программных средств используют VT модели. В статье [4] приведены результаты исследования точности моделей при изменении параметров процесса литографии. Отмечено, что модель полностью покрывает динамику поведения ре-зиста в широком диапазоне доз, фокуса, критических размеров (далее CD, critical dimension), шагов групповых структур и параметров когерентности освещения. Упрощенная версия первоначальной модели Кобба (Cobb), использующей только градиент интенсивности, была апробирована для проведения ОРС в статье [5]. Показаны высокий процент

Изображение на шаблоне

Распределение интенсивности света

Резистовые эффекты

Протравленные структуры

Рис. 1. Общий вид модельной системы.

выхода годных и повышенное быстродействие ОЗУ с применением ОРС для длин канала транзисторов в диапазоне 0.11—0.18 мкм.

Модели VT могут быть настроены на соответствие нескольким оптическим условиям (режимам) с точностью до 4 нм для групповых структур [6]. Это подтверждает, что модели VT способны предсказывать результаты процесса отдельно от оптики, что делает их пригодными не только для ОРС применения, но также для проведения литографического моделирования, включая анализ процессных окон [7]. В [1] VTRE модель в сочетании с VEB моделью была использована для прогнозирования ухода CD. Эксперименты подтвердили [8, 9], что VT-модели способны предсказывать изменения CD ближнего действия при травлении (на примере 0.14 мкм ДОЗУ).

2. ОБЩИЙ ВИД МОДЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ

Для проведения OPC требуются процессные модели, позволяющие построить (спрогнозировать) контур функционального слоя СБИС (например, топологии слоя поликремния, первого уровня металлизации, контактных окон и т.п.), который будет получен на реальной кремниевой пластине в результате ТП [10, 11]. Известно, что все технологические операции в той или иной мере изменяют размеры элементов при "переносе" их проектных образов (GDSII, OASIS) на кремниевую пластину. На рис. 1 схематично представлен процесс "переноса" топологического рисунка с шаблона в реальную протравленную структуру на пластине. Как видно из рисунка сам процесс укрупнено можно разделить на три части. Первая — перенос рисунка на шаблоне в распределение интенсивности света в области кремниевой пластины (далее воздушное изображение), т.е. часть системы, которая определяется оптической составляющей. Вторая — преобразование воздушного изображения в резистовую маску, т.е. протекание химической реакции поглощения света резистом или формирование скрытого изображения, и затем его проявление. И третья — моделирование процесса травления по полученной резистовой маске.

Что касается оптической системы, то результат прохождения через нее экспонирующего излучения с учетом потерь и рассеяния может быть описан точно, так как достоверно известны физические закономерности протекания этого процесса, а потому она может быть точно описана через систему уравнений Хопкинса. В тоже время эффекты адсорбции света резистом и разложения засвеченных областей резиста при проявлении на современном уровне развития науки и техники не могут быть точно описаны с точки зрения физики, поэтому они описываются частично математически. Подобное описание обычно представляет собой полином, слагаемыми которого являются реальные (известные для данного процесса) физические величины, их степенные члены и смежные произведения. Одной из наиболее точных и часто используемых при решении задач ОРС процессных моделей на сегодняшний день является модель VT-5, предложенная компанией Mentor Graphics.

3. БАЗОВЫЕ ПРИНЦИПЫ VT МОДЕЛЕЙ

VT-моделирование основано на идеях, которые были сформулированы при описании процесса проявления резистов. В данной части статьи будут рассмотрены причины, по которым VT-модели способны так хорошо воспроизводить тонкости динамики процесса проявления резистов.

Рассмотрим срез одномерной маски вдоль оси х, который пересекает пару темнопольных линий (рис. 2). Пусть начальная толщина резиста равна h0. В процессе проявления засвеченные области резиста "вымываются" со скоростью на несколько порядков большей, чем незасвеченные, т.е. их толщина уменьшается со временем в каждой фиксированной точке х вдоль среза.

h = h (x, t).

Для простоты, исключим из рассмотрения перенос кислотных продуктов при постэкспозиционной термообработке, а также градиенты скрытого изображения в вертикальном направлении и другие второстепенные эффекты. Тогда, предполагая строго вертикальное протекание реакции, можно представить скорость проявления, как некоторую функ-

Вид сверху на маску (шаблон)

х = ^

------OI

IO---OI

^3

IO

Распределение интенсивности света (воздушное изображение)

Вид сбоку (на срезе) пластины с резистом

Рис. 2. Принципы VT моделирования [13].

цию Кот интенсивности изображения I в рассматриваемой точке поверхности:

д_НхА = V(I(x)).

dt

(1)

В [3, 12] было показано, что скорость проявления (разложения) резиста У(Т) пропорциональна Р, где у — это контраст резиста. Интегрируя уравнение (1) для интервала времени от 0 до окончания проявления ? = т, получим:

h - h(x,т) = V(I(x))T.

(2)

I(£) = V-l(S,

(3)

Тогда край линии впечатается в граничной точке х = £, между областью, где резист полностью смыт к =0 (проявлен), и областью, где резист остался (к > 0). Подставляя значения переменных в граничной точке к(^, т) в уравнение (2), можно определить интенсивность изображения на краю впечатываемой линии:

где V 1 — это обратная функция скорости проявления.

Уравнение (3) является математическим описанием модели резиста с постоянным порогом чувствительности (далее CTR, Constant Threshold). Она предполагает, что параметры процесса (например, толщина резиста, время проявления и скорость проявления) однозначно определяют порог чувствительности T, т.е. значение интенсивности изображения, при котором впечатываются границы изображения. И это значение постоянно по пластине, т.е. не зависит от взаимного расположения структур.

Рассмотрим четыре точки £Д, £,2, £,3, £,4, в которых формируется изображение краев линий (рис. 2). Интенсивность изображения в этих точках одинакова, т.к. правая часть уравнения (3) не зависит от положения края:

х

т

= 1(У = Ife) = I& 4) = V-1<S = T. (4)

т

Рис. 3. Модель проявления резиста [13].

Модель с постоянным порого

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком