光刻工艺窗口分析方法、系统及可读存储介质与流程

本发明涉及半导体光刻，尤其涉及一种光刻工艺窗口分析方法、系统及可读存储介质。

背景技术：

1、在半导体光刻工艺中，工艺窗口（process window）是指在保证关键尺寸（critical dimension, cd）满足规格要求的前提下，聚焦能量（focus）和曝光能量（exposure）的允许变化范围。准确确定工艺窗口对于优化光刻工艺参数、提高产品良率具有至关重要的意义。

2、在早期工艺节点中，由于光刻图形的关键尺寸变化趋势相对平滑，业界通常采用二阶多项式拟合等简单数学模型进行工艺窗口分析。这类方法计算简便，能够满足当时工艺条件下的基本分析需求。然而，随着半导体工艺进入先进节点，光刻图形的尺寸波动表现出强非线性、局部畸变以及高阶空间相关性，传统二阶拟合方法在建模精度和适应性方面已难以准确反映真实的工艺窗口特性，导致分析结果与实际工艺能力之间存在较大偏差。

3、针对先进光刻工艺的需求，商业eda（电子设计自动化）工具厂商推出了更为先进的解决方案。例如，synopsys公司的s-litho平台引入了先进的工艺窗口分析（processwindow analysis, pwa）算法，结合自适应非线性拟合技术，在极紫外（euv）等先进光刻工艺下显著提升了工艺窗口的预测精度，已成为业界领先的工艺窗口分析工具。然而，s-litho作为国外主导的eda工具，存在授权费用高昂、许可资源紧张、技术迭代受制于供应商等问题，难以满足国内半导体制造企业大规模部署与持续优化的需求。同时，在当前国产eda生态中，尚无功能对等的替代工具，关键环节仍存在技术空白。这种对外依赖不仅增加了企业的运营成本，也在一定程度上制约了国内先进工艺研发与制造的自主发展。

4、除了依赖商业软件工具外，当前工程师在实际生产中对聚焦能量矩阵（focus-exposure matrix, fem）数据的分析仍以人工方式为主。具体而言，工程师通常基于bossung图以及关键尺寸阈值进行简单的区间选择来确定工艺窗口。例如，在晶圆关键尺寸分布图（wafer cd map）中，通过绘制矩形框对cd target±10%范围内的区域进行框选，以此确定大致的工艺窗口范围。对于最佳聚焦能量（best focus）的选择，工程师通过对比不同图形（pattern）中心三列的关键尺寸偏差，基于个人经验设定最佳聚焦位置；而最佳曝光能量（best energy）则会在已确定的最佳聚焦能量与大致工艺窗口范围内，根据关键尺寸值的大小与变化趋势进行经验性设定。整个分析过程缺乏明确的量化规则和系统化的算法流程，且包含较多的主观判断，不同工程师之间的分析结果可能存在较大差异，难以保证工艺窗口确定的准确性和一致性。此外，人工分析效率低下，无法满足先进工艺节点下快速迭代和大规模生产的需要。

5、综上所述，现有技术中无论是传统的简单数学模型、国外商业eda工具还是人工经验分析方法，均无法同时满足高精度、自主可控、客观量化和高效自动化的要求。因此，亟需发展一种高精度且自主可控的光刻工艺窗口分析方法，在提升对复杂工艺效应建模能力的同时，打破对国外软件的依赖，支撑先进工艺研发与制造的可持续发展。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种光刻工艺窗口分析方法、系统及可读存储介质，旨在解决上述现有技术中存在的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供一种光刻工艺窗口分析方法，包括：

3、获取光刻过程中在不同聚焦能量和曝光能量条件下的关键尺寸量测数据，并根据预设的滤点规则对所述量测数据进行滤点处理；

4、基于滤点处理后的关键尺寸量测数据构建反对称拟合函数，分别建立以所述聚焦能量为自变量的第一拟合模型和以所述曝光能量为自变量的第二拟合模型，并分别计算所述第一拟合模型和所述第二拟合模型的拟合均方根误差，选取两者中误差较小的拟合模型作为目标工艺窗口的边界拟合函数；

5、根据所述目标工艺窗口的边界拟合函数确定理论边界，并根据所述关键尺寸量测数据中满足关键尺寸规格的数据点确定实际边界，将所述理论边界和所述实际边界取交集，生成工艺有效区域；

6、以覆盖所述工艺有效区域的椭圆面积最小化为目标，利用差分进化算法在由所述聚焦能量和所述曝光能量构成的二维参数空间内求解椭圆的参数，并将求解得到的椭圆中心对应的聚焦能量和曝光能量分别作为最佳聚焦能量和最佳曝光能量，输出工艺窗口分析结果。

7、可选的，所述预设的滤点规则为平均值加三倍标准差的统计规则，并支持工程师根据工艺经验对关键尺寸数据进行手动修正。

8、可选的，所述反对称拟合函数为四阶反对称拟合函数。

9、可选的，所述第一拟合模型为以聚焦能量f和曝光能量e为变量的分式函数，表达式为：

10、

11、所述第二拟合模型的表达式为：

12、

13、其中，至为待拟合系数。

14、可选的，所述理论边界为：将所述关键尺寸的规格上限和规格下限分别代入所述目标工艺窗口的边界拟合函数，所求解得到的聚焦能量和曝光能量的解集。

15、可选的，所述实际边界为：所述关键尺寸量测数据中满足关键尺寸规格要求的数据点所对应的聚焦能量和曝光能量界定出的区域边界。

16、可选的，所述利用差分进化算法在由所述聚焦能量和所述曝光能量构成的二维参数空间内求解椭圆的参数，包括：

17、在所述二维参数空间内随机初始化一组椭圆参数作为初始种群，通过变异、交叉和选择操作迭代更新椭圆参数，以椭圆面积作为适应度函数，当满足预设收敛条件时输出最优椭圆参数。

18、可选的，所述方法还包括：

19、将输出的所述最佳聚焦能量和所述最佳曝光能量应用于光刻工艺的聚焦和曝光参数的调整优化。

20、基于同一发明构思，本发明还提供了一种光刻工艺窗口分析系统，包括：

21、数据获取与处理模块，被配置为获取光刻过程中在不同聚焦能量和曝光能量条件下的关键尺寸量测数据，并根据预设的滤点规则对所述量测数据进行滤点处理；

22、拟合选优模块，被配置为基于滤点处理后的关键尺寸量测数据构建反对称拟合函数，分别建立以所述聚焦能量为自变量的第一拟合模型和以所述曝光能量为自变量的第二拟合模型，并分别计算所述第一拟合模型和所述第二拟合模型的拟合均方根误差，选取两者中误差较小的拟合模型作为目标工艺窗口的边界拟合函数；

23、边界取交集模块，被配置为根据所述目标工艺窗口的边界拟合函数确定理论边界，并根据所述关键尺寸量测数据中满足关键尺寸规格的数据点确定实际边界，将所述理论边界和所述实际边界取交集，生成工艺有效区域；

24、求解模块，被配置为以覆盖所述工艺有效区域的椭圆面积最小化为目标，利用差分进化算法在由所述聚焦能量和所述曝光能量构成的二维参数空间内求解椭圆的参数，并将求解得到的椭圆中心对应的聚焦能量和曝光能量分别作为最佳聚焦能量和最佳曝光能量，输出工艺窗口分析结果。

25、基于同一发明构思，本发明还提供了一种可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时能实现如上所述的光刻工艺窗口分析方法。

26、在本发明提供的光刻工艺窗口分析方法、系统及可读存储介质中，至少具有以下有益效果之一：

27、（1）通过反对称拟合函数对光刻过程中在不同聚焦能量和曝光能量条件下的关键尺寸量测数据进行双向拟合选优，获得高精度的边界拟合函数；然后结合理论边界和实际边界取交集，得到可靠的工艺有效区域；最后利用差分进化算法求解覆盖该区域的最小椭圆，以椭圆中心作为最佳工艺条件。这一方案能够有效替代国外商业软件，实现自主可控，同时提高分析精度和效率。

28、（2）反对称拟合函数优选采用四阶形式，有助于在捕捉光刻工艺中关键尺寸变化的非对称特性和高阶非线性效应的同时，避免过高阶数带来的过拟合风险，在拟合精度与模型复杂度之间取得较好的平衡。

29、（3）通过采用更为保守的平均值加三倍标准差滤点方式，并赋予工程师手动修改关键尺寸数据的功能，有助于在自动去除异常数据的同时，保留有效的工艺信息，并允许工程师结合实际情况对滤点结果进行灵活调整，兼顾数据处理的效率与可靠性。

30、（4）通过以覆盖该区域的椭圆面积最小化为目标，利用差分进化算法进行全局寻优，有助于降低陷入局部最优的可能性，准确求解出最佳聚焦能量和最佳曝光能量。