專利名稱：曝光系統(tǒng)的仿真方法和仿真裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿真方法和仿真裝置，尤其涉及一種曝光系統(tǒng)的仿真方法和仿真裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置、液晶顯示裝置等的制造過(guò)程中，需要較多曝光(Lithography)和顯影(Development)制程，而該制程通常較為復(fù)雜，良率較低。為提高生產(chǎn)良率，降低成本，簡(jiǎn)化制程，業(yè)界提出了狹縫光罩(Slit Pattern Mask)方法。該方法主要是利用光通過(guò)尺寸接近光波長(zhǎng)度的狹縫時(shí)，發(fā)生的衍射現(xiàn)象。對(duì)衍射光柵而言，在光柵后的投影面上，即使光柵的不透光部分對(duì)應(yīng)的光柵后的投影面上，也會(huì)存在一定的光，即通過(guò)光柵狹縫的光衍射造成的光強(qiáng)分布發(fā)生變化。結(jié)果，在該不透光部分對(duì)應(yīng)的投影面上，形成強(qiáng)度較狹縫部分對(duì)應(yīng)部分的直射光弱的光分布。
狹縫光罩方法中，由于需要預(yù)先設(shè)計(jì)微影所需的圖案，而該圖案中，線路錯(cuò)綜復(fù)雜，分布較為密集，線寬度和線間距較窄，光透過(guò)該圖案照射光阻層時(shí)，會(huì)發(fā)生類似于經(jīng)過(guò)光柵時(shí)的衍射，使得狹縫間的遮光處對(duì)應(yīng)的光阻層受到光照強(qiáng)度小于直射光強(qiáng)度的光照，從而該處光阻層部分發(fā)生光化學(xué)變化，即半曝光，在后續(xù)的顯影步驟中，不至于被完全清洗掉，蝕刻過(guò)程中可作為所遮蔽部分的保護(hù)層，防止所遮蔽部分受損，蝕刻過(guò)程中，該光阻逐漸減少至消失，從而可進(jìn)行多次蝕刻而僅需一次光罩。常見(jiàn)的采用狹縫光罩制程的半導(dǎo)體裝置，其設(shè)計(jì)過(guò)程較為繁復(fù)，需設(shè)計(jì)多種不同設(shè)計(jì)圖案并且以制程驗(yàn)證、嘗試，從中取得較佳的半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)圖案。該方式成本較高而且設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng)。
為降低成本，縮短設(shè)計(jì)周期，業(yè)界提出一種利用計(jì)算機(jī)仿真該狹縫光罩制程的方法，其仿真過(guò)程如圖1所示。其中光罩圖案11上包括透光區(qū)域101、不透光區(qū)域103和半曝光圖案區(qū)域105，對(duì)應(yīng)基板13上的光阻層12的區(qū)域分別是全曝光區(qū)域102、無(wú)曝光區(qū)域104和半曝光區(qū)域106。半曝光圖案區(qū)域105的圖案分布類似光柵，可產(chǎn)生多縫衍射現(xiàn)象。光線10經(jīng)過(guò)光罩圖案11的半曝光圖案區(qū)域105時(shí)發(fā)生衍射現(xiàn)象，其中14表示發(fā)生衍射的區(qū)域，15表示光10經(jīng)過(guò)光罩圖案11后在光阻層12上的強(qiáng)度分布曲線，在半曝光區(qū)域106處光阻層12發(fā)生半曝光，光阻變質(zhì)厚度較全曝光區(qū)域102處薄。
該仿真方法僅針對(duì)狹縫光罩的曝光過(guò)程的衍射現(xiàn)象仿真，但該曝光過(guò)程是利用一系列光學(xué)組件組成的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行，因而該仿真方法與實(shí)際使用的曝光方式不符，從而產(chǎn)生較多誤差，仿真準(zhǔn)確度較低。

發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)曝光系統(tǒng)的仿真方法準(zhǔn)確度較低的缺陷，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)確度較高的曝光系統(tǒng)的仿真方法。
為克服現(xiàn)有技術(shù)曝光系統(tǒng)的仿真裝置準(zhǔn)確度較低的缺陷，本發(fā)明提供一種準(zhǔn)確度較高的曝光系統(tǒng)的仿真裝置。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種曝光系統(tǒng)的仿真方法，其包括以下步驟建立光學(xué)系統(tǒng)模型；初始化設(shè)置一數(shù)據(jù)處理裝置；在該數(shù)據(jù)處理裝置中設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)；提供需要仿真的圖案；分析該圖案；對(duì)輸入的圖案分析并將該圖案做變換以獲取該光學(xué)系統(tǒng)入射面的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光的光強(qiáng)分布光譜；將衍射光譜與光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相采可得通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的有效衍射光譜；對(duì)有效衍射光譜做相應(yīng)的逆變換可得到最終光線的強(qiáng)度分布。
其中該變換是傅立葉變換、拉普拉斯變換、Z變換或者T變換。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是提供一種曝光系統(tǒng)的仿真裝置，其包括一模型處理裝置，其可以建立一曝光系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)模型；一初始化裝置，其對(duì)該光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置；一變換裝置，其對(duì)輸入的圖案做變換以獲取該光學(xué)系統(tǒng)入射面的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光譜的光強(qiáng)分布；
一數(shù)據(jù)處理裝置，其將衍射光譜與光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相乘可得通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的有效衍射光譜；一逆變換裝置，其與該變換裝置相對(duì)應(yīng)，對(duì)有效衍射光譜做相應(yīng)的逆變換可得到最終光線的強(qiáng)度分布，執(zhí)行圖案對(duì)應(yīng)裝置的制程的仿真。
其中該變換是傅立葉變換、拉普拉斯變換、Z變換或者T變換。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的曝光系統(tǒng)的仿真方法仿真用于曝光機(jī)臺(tái)的光學(xué)系統(tǒng)的仿真，仿真過(guò)程中，需輸入曝光機(jī)臺(tái)的相關(guān)參數(shù)，因而較之前的僅仿真光通過(guò)狹縫的衍射過(guò)程，其仿真結(jié)果準(zhǔn)確度更高，更接近實(shí)際操作結(jié)果。該仿真方法用于半導(dǎo)體裝置圖案的設(shè)計(jì)時(shí)，可大大加快設(shè)計(jì)進(jìn)度，縮短設(shè)計(jì)周期。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明曝光系統(tǒng)的仿真裝置，由于采用了本發(fā)明曝光系統(tǒng)的仿真方法，能夠更有效且準(zhǔn)確的仿真實(shí)際操作過(guò)程，仿真結(jié)果更加接近實(shí)際操作結(jié)果。

圖1是一種現(xiàn)有技術(shù)狹縫光罩制程的仿真方法示意圖。
圖2是常用曝光機(jī)臺(tái)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
圖3是本發(fā)明曝光系統(tǒng)的仿真方法流程圖。
圖4是需要仿真的圖案。
圖5是圖3所示曝光系統(tǒng)的仿真方法仿真獲得的曝光機(jī)臺(tái)的光學(xué)系統(tǒng)入射面的衍射光強(qiáng)度分布的光譜。
圖6是圖3所示仿真方法仿真獲得的曝光機(jī)臺(tái)的光學(xué)系統(tǒng)入射面的衍射光強(qiáng)度分布的頻域下的光學(xué)傳遞函數(shù)。
圖7是圖3所示仿真方法仿真獲得的曝光機(jī)臺(tái)的光學(xué)系統(tǒng)出射面的衍射光強(qiáng)度分布的光譜。
圖8是狹縫寬度為1.2μm的圖案的仿真光強(qiáng)分布圖。
圖9是圖8所示光強(qiáng)分布圖對(duì)應(yīng)的光譜。
圖10是圖8所示光強(qiáng)分布圖對(duì)應(yīng)圖案實(shí)際曝光后的立體圖。
圖11是圖8所示光強(qiáng)分布圖對(duì)應(yīng)圖案實(shí)際曝光后的俯視圖。
圖12是圖8所示光強(qiáng)分布圖對(duì)應(yīng)圖案實(shí)際曝光后的剖面圖。
具體實(shí)施方式通常，曝光系統(tǒng)包括光學(xué)系統(tǒng)及起承載作用的載臺(tái)，該光學(xué)系統(tǒng)包括若干光學(xué)透鏡和光源。
請(qǐng)參閱圖2，是常用的曝光機(jī)臺(tái)的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。光源301發(fā)射的光從光學(xué)系統(tǒng)30的入射面305進(jìn)入該曝光機(jī)臺(tái)的光學(xué)系統(tǒng)30，之后從該光學(xué)系統(tǒng)30的出射面306出射，并在該光學(xué)系統(tǒng)30后方的投影面上形成投影302。其中Z0表示光源301與光學(xué)系統(tǒng)30入射面305之間的距離，即物距；Z1表示投影302與光學(xué)系統(tǒng)30出射面306之間的距離，即像距。
在曝光過(guò)程中，影響曝光分辨率的各種因素中，狹縫衍射的影響較為明顯。而衍射對(duì)狹縫光罩的制程的分辨率由式(1)決定。
R＝k1λ/NA(1)其中R表示分辨率，k1是由光學(xué)系統(tǒng)和工藝條件等所決定的一個(gè)常數(shù)；λ表示曝光光源的波長(zhǎng)，NA(Numerical Aperture，數(shù)值孔徑)表示光學(xué)透鏡的數(shù)值孔徑，代表一個(gè)透鏡聚集光線的能力，是透鏡邊緣與投影面中心的夾角的一半的正弦。理想狀況下，如兩個(gè)非相干點(diǎn)光源，式(1)中，k1為0.61；實(shí)際上，k1由光學(xué)透鏡像差、曝光條件(光源的相干性)、幾何形狀(Spatial Frequency，空間頻率)、曝光機(jī)條件、光阻和工藝條件等決定。為改善分辨率，目前業(yè)界常采用的途徑為縮短曝光波長(zhǎng)；增加數(shù)值孔徑；降低k1值。
多數(shù)狹縫圖案設(shè)計(jì)的研究集中在狹縫衍射影響上。但實(shí)際上，出射光與入射光在光學(xué)系統(tǒng)中同樣存在數(shù)值孔徑的限制，而且數(shù)值孔徑是分辨率受到限制的真正物理原因。實(shí)際上，微影過(guò)程分辨率受到曝光系統(tǒng)的透鏡的數(shù)值孔徑的限制。曝光系統(tǒng)中菲涅爾(Fresnel)常數(shù)NF由式(2)決定。
NF≡a2/(λ·z) (2)式(2)中，當(dāng)NF＜＜1時(shí)，NF屬于遠(yuǎn)場(chǎng)衍射(Far Field Diffraction)區(qū)域(a是數(shù)值孔徑的半徑)，z是狹縫到入射面的距離。
本發(fā)明利用計(jì)算機(jī)對(duì)該曝光系統(tǒng)進(jìn)行仿真，其流程圖如圖3所示。其主要包括以下步驟建立光學(xué)系統(tǒng)模型(步驟41)；提供需要仿真的圖案(步驟42)；獲取入射面的衍射光譜的光強(qiáng)分布(步驟43)；獲取通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的有效光譜(步驟44)；獲取最終光線強(qiáng)度分布(步驟45)。
采用本發(fā)明曝光系統(tǒng)的仿真方法對(duì)該曝光系統(tǒng)的仿真效果如圖4至圖7所示。其具體仿真過(guò)程包括(1)建立光學(xué)系統(tǒng)模型(步驟41)；首先，建立一光學(xué)系統(tǒng)模型，本例中可建立一曝光系統(tǒng)的模型，初始化計(jì)算機(jī)，將該光學(xué)系統(tǒng)模型數(shù)字化，輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以從事后續(xù)操作。
(2)提供需要仿真的圖案(步驟42)；如圖4所示，提供所需仿真的圖案。初始化計(jì)算機(jī)相關(guān)配置，將需要仿真的圖案預(yù)存在一存儲(chǔ)裝置中，并設(shè)置使其可存??；之后從存儲(chǔ)裝置中讀取該圖案并利用一圖像處理裝置將其進(jìn)行數(shù)字化處理。
(3)獲取入射面的衍射光譜的光強(qiáng)分布(步驟43)；根據(jù)該光學(xué)系統(tǒng)模型，利用計(jì)算機(jī)對(duì)該圖案的相關(guān)參數(shù)做傅立葉變換以得到入射面的衍射光的強(qiáng)度分布。該衍射光的強(qiáng)度分布的光譜如圖5所示。實(shí)際上，并非所有譜線都能通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的入射面或者出射面。
(4)獲取通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的有效光譜(步驟44)；建立光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)傳遞函數(shù)，可得到通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)的有效光的光譜，衍射受限系統(tǒng)相干光的截止頻率(Cutoff Frequency)f0由式(3)決定。
f0＝NA/λ (3)例如，佳能MPA系列NA＝0.085，汞燈光波主要包括g線(436nm，紫外線)/h線(405nm)/i線(365nm，深紫外線)。相應(yīng)的f0為0.195/0.210/0.233，即，降低波長(zhǎng)可提高通過(guò)率。實(shí)際上，投影曝光系統(tǒng)的光源為非相干光，截止頻率f0i＝2*f0。在非相干光中，圖像光強(qiáng)由卷積方程式(4)決定Ii(x，y)＝Ig(x，y)hI(x，y)(4)
式(4)中，Ii(x，y)表示光學(xué)系統(tǒng)30的像平面的光強(qiáng)度分布函數(shù)，Ig(x，y)表示物平面的光強(qiáng)度分布函數(shù)，hI(x，y)表示空間域(Spacedomain)下的光學(xué)傳遞函數(shù)(Optical Transfer Function)。
根據(jù)卷積定理，式(4)可簡(jiǎn)化為式(5) 式(5)中，HI(μ，v)表示頻域(Frequency Domain)下的光學(xué)傳遞函數(shù)，如圖6所示；GiI(μ，v)表示衍射光譜。由此可獲得光強(qiáng)分布的相應(yīng)有效光譜。
(5)獲取最終光線強(qiáng)度分布(步驟45)。
對(duì)有效光譜進(jìn)行傅立葉逆變換，可得到式(6) 式(6)即為最終圖像的光強(qiáng)分布式，將其轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像顯示，可得到最終仿真結(jié)果，如圖7所示。
以狹縫寬度為1.2μm的圖案為例，采用本發(fā)明的曝光系統(tǒng)的仿真方法，其仿真結(jié)果的曲線圖如圖8所示，對(duì)應(yīng)的光譜如圖9所示。而實(shí)際光阻曝光顯影后的結(jié)果則如圖10、圖11和圖12所示，其中圖10是曝光結(jié)果的立體圖，圖11是曝光結(jié)果俯視圖，圖12是曝光結(jié)果的剖面圖。可見(jiàn)仿真結(jié)果與實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果完全相符，即該仿真方法可對(duì)半導(dǎo)體裝置的制程做出精確的仿真結(jié)果，而且由于幾乎完全由計(jì)算機(jī)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，再根據(jù)仿真結(jié)果來(lái)調(diào)整相應(yīng)參數(shù)以獲得最優(yōu)化設(shè)計(jì)圖案，因而該仿真方法可大大提高設(shè)計(jì)速度，縮短設(shè)計(jì)周期。
該曝光系統(tǒng)的仿真方法不限于半導(dǎo)體裝置的制程的仿真，同時(shí)也可用于液晶顯示裝置的制程的仿真，特別是反射式液晶顯示裝置或者半反射式液晶顯示裝置中凸塊(Bump)制造過(guò)程的仿真。
本發(fā)明實(shí)施方式中，獲取光學(xué)系統(tǒng)入射面的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光的光強(qiáng)分布光譜的方法，不限于采用傅立葉變換，也可以采用拉普拉斯變換、T變換或者Z變換或者其他變換方法。
本發(fā)明不限于以上實(shí)施方式所述的應(yīng)用，同樣可應(yīng)用于其它需要使用狹縫光罩或者類似方法的過(guò)程仿真。
權(quán)利要求
1.一種曝光系統(tǒng)的仿真方法，其包括以下步驟建立光學(xué)系統(tǒng)模型；初始化設(shè)置一數(shù)據(jù)處理裝置；在該數(shù)據(jù)處理裝置中設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)；提供需要仿真的圖案；分析該圖案；對(duì)輸入的圖案分析并將該圖案做變換以獲取該光學(xué)系統(tǒng)入射面的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光的光強(qiáng)分布光譜；將衍射光譜與光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相乘可得通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的有效衍射光譜；對(duì)有效衍射光譜做相應(yīng)的逆變換可得到最終光線的強(qiáng)度分布。
2.如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)的仿真方法，其中該數(shù)學(xué)變換是傅立葉變換。
3.如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)的仿真方法，其中該變換是拉普拉斯變換。
4.如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)的仿真方法，其中該變換是T變換。
5.如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)的仿真方法，其中該變換是Z變換。
6.如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)的仿真方法，其中該圖案需預(yù)存在一存儲(chǔ)裝置中。
7.如權(quán)利要求1所述的曝光系統(tǒng)的仿真方法，其中該圖案經(jīng)過(guò)一圖案處理裝置處理。
8.一種曝光系統(tǒng)的仿真裝置，其特征在于其包括一模型處理裝置，其可以建立一曝光系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)模型；一初始化裝置，其對(duì)該光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行初始化設(shè)置；一變換裝置，其對(duì)輸入的圖案做變換以獲取該光學(xué)系統(tǒng)入射面的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光譜的光強(qiáng)分布；一數(shù)據(jù)處理裝置，其將衍射光譜與光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相乘可得通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的有效衍射光譜；一逆變換裝置，其與該變換裝置相對(duì)應(yīng)，對(duì)有效衍射光譜做相應(yīng)的逆變換可得到最終光線的強(qiáng)度分布，執(zhí)行圖案對(duì)應(yīng)裝置的制程的仿真。
9.如權(quán)利要求8所述的曝光系統(tǒng)的仿真裝置，其特征在于該變換裝置是傅立葉變換裝置。
10.如權(quán)利要求8所述的曝光系統(tǒng)的仿真裝置，其特征在于該變換裝置是拉普拉斯變換裝置。
11.如權(quán)利要求8所述的曝光系統(tǒng)的仿真裝置，其特征在于該變換裝置是T變換裝置。
12.如權(quán)利要求8所述的曝光系統(tǒng)的仿真裝置，其特征在于該變換裝置是Z變換裝置。
13.如權(quán)利要求8所述的曝光系統(tǒng)的仿真裝置，其特征在于其進(jìn)一步包括一用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)裝置。
14.如權(quán)利要求8所述的曝光系統(tǒng)的仿真裝置，其特征在于其進(jìn)一步包括一對(duì)輸入的圖案做相應(yīng)處理的圖案處理裝置。
全文摘要
一種曝光系統(tǒng)的仿真方法，其包括以下步驟建立光學(xué)系統(tǒng)模型；初始化設(shè)置一數(shù)據(jù)處理裝置；在該數(shù)據(jù)處理裝置中設(shè)置光學(xué)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)；提供需要仿真的圖案；分析該圖案；對(duì)輸入的圖案分析并將該圖案做變換以獲取該光學(xué)系統(tǒng)入射面的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射光的光強(qiáng)分布光譜；將衍射光譜與光學(xué)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)相乘可得通過(guò)該光學(xué)系統(tǒng)的有效衍射光譜；對(duì)有效衍射光譜做相應(yīng)的逆變換可得到最終光線的強(qiáng)度分布。
文檔編號(hào)G06T1/00GK1716098SQ20041002794
公開(kāi)日2006年1月4日 申請(qǐng)日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者賴建廷, 彭家鵬 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 群創(chuàng)光電股份有限公司