CN104977797A - 光学邻近校正方法以及优化光学邻近校正模型的方法 - Google Patents

Abstract

一种光学邻近校正方法以及优化光学邻近校正模型的方法，其中光学邻近校正方法包括：提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，第一区域和第二区域的衬底为第一材料层以及第二材料层的叠层结构，第三区域的衬底为第一材料层，且第二材料层的材料的透光率大于第一材料层的材料的透光率；提供目标图形；获取衬底第一区域、第二区域和第三区域的空间像光强函数；基于获取的空间像光强函数建立光学邻近校正模型，依据光学邻近校正模型对所述目标图形进行光学邻近校正。本发明考虑到衬底内隔离结构对曝光显影的影响，建立光学邻近校正模型，使得在衬底表面形成的最终图形与目标图形之间的差异性小，提高了形成的最终图形的质量。

Description

光学邻近校正方法以及优化光学邻近校正模型的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域技术，特别涉及一种光学邻近校正方法以及优化光学邻近校正模型的方法。

背景技术

在半导体制造中，随着设计尺寸的不断缩小，光的衍射效应变得越来越明显，它的结果就是最终对设计图形产生的光学影像退化，最终在硅片上经过光刻形成的实际图形变得和设计图形不同，这种现象被称为光学邻近效应（OPE：Optical Proximity Effect）。

为了修正光学邻近效应，便产生了光学邻近校正（OPC：Optical ProximityCorrection）。光学邻近校正的核心思想就是基于抵消光学邻近效应的考虑建立光学邻近校正模型，根据光学邻近校正模型设计光掩模图形，这样虽然光刻后的光刻图形相对应光掩模图形发生了光学邻近效应，但是由于在根据光学邻近校正模型设计光掩模图形时已经考虑了对该现象的抵消，因此，光刻后的光刻图形接近于用户实际希望得到的目标图形。

然而，在实际半导体制造过程中，当半导体衬底内形成有隔离结构时，在半导体衬底表面形成的最终图形与目标图形之间仍有偏差，形成的最终图形的质量有待提高，影响半导体生产良率。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种光学邻近校正校正方法和优化光学邻近校正模型的方法，考虑到衬底内具有隔离结构的情况对目标图形进行光学邻近校正，防止隔离结构的存在对光刻胶进行不必要的曝光，使得最终形成的图形与目标图形之间的差异性较小。

为解决上述问题，本发明提供一种光学邻近校正方法，包括：提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，所述第二区域与第一区域以及第三区域相邻接，第一区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第二区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第三区域的衬底为第一材料层，且第二材料层的材料的透光率大于第一材料层的材料的透光率，其中，在沿第二区域指向第三区域的方向上，第二区域的第二材料层厚度逐渐减小，第二区域的第一材料层的厚度逐渐增加；提供目标图形；获取衬底第一区域、第二区域和第三区域的空间像光强函数；基于所述获取的空间像光强函数建立光学邻近校正模型，依据所述光学邻近校正模型对所述目标图形进行光学邻近校正。

可选的，所述第一材料层的材料为硅、锗、锗化硅或砷化镓，所述第二材料层的材料为氧化硅。

可选的，所述目标图形为待形成在衬底表面的图形，且所述目标图形的线端位于第一区域、第二区域或第三区域衬底表面。

可选的，所述光学邻近校正模型包括光学模型和光刻胶模型。

可选的，基于所述空间像光强函数建立光学模型。

可选的，提供标准光学模型，所述标准光学模型中包括若干标准空间像光强函数，所述标准空间像光强函数反映裸衬底表面的光强分布情况。

可选的，所述空间像光强函数为校正函数与标准空间像光强函数的卷积，所述校正函数为连续函数。

可选的，获取所述校正函数的方法为：根据衬底内第二材料层的厚度、以及第二材料层的材料，获取空间像光强分布随衬底内第二材料层厚度变化的变化关系函数。

可选的，所述校正函数为高斯核函数。

可选的，所述光学模型为高斯核函数模型和标准光学模型的乘积。

可选的，建立所述光刻胶模型的方法为：基于所述空间像光强函数和高斯函数的卷积建立光刻胶模型，其中，高斯函数具有标准偏差。

相应的，本发明还提供一种优化光学邻近校正模型的方法，包括：提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，所述第二区域与第一区域以及第三区域相邻接，第一区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第二区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第三区域的衬底为第一材料层，其中，在沿第二区域指向第三区域的方向上，第二区域的第二材料层厚度逐渐减小，第二区域的第一材料层的厚度逐渐增加，且第二材料层的材料的透光率大于第一材料层的材料的透光率；获取衬底第一区域、第二区域和第三区域的空间像光强函数；基于所述获取的空间像光强函数建立光学邻近校正模型；提供若干组测试图形；基于所述光学邻近校正模型对所述测试图形进行模拟曝光显影，获取模拟最终图形；对所述测试图形进行实际曝光显影，在所述衬底表面形成实际最终图形；获取所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性，若所述差异性在预定范围外，调整所述光学邻近校正模型，直至模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围内，生成优化后的光学邻近校正模型。

可选的，调整所述光学邻近校正模型的方法为：调整光学模型中的空间像光强函数的参数或光刻胶模型中的高斯函数的参数。

可选的，获取所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性的方法为：测量模拟最终图形的特征尺寸，获取模拟最终图形的模拟测试数据；测量实际最终图形的特征尺寸，获取实际最终图形的实际测试数据；获取所述模拟测试数据和实际测试数据之间的差异性。

可选的，在所述测试图形中选取若干个量测点，获取所述量测点对应的模拟测试数据和实际测试数据之间的差异性。

可选的，所述测试图形与衬底的位置关系为：测试图形的图形完全覆盖于衬底表面，在所述衬底第一区域、第二区域和第三区域对应的测试图形中分别选取若干个量测点。

可选的，改变测试图形的特征尺寸、衬底第一区域特征尺寸、衬底第二区域特征尺寸或衬底第三区域特征尺寸。

可选的，所述测试图形和衬底的位置关系为：所述测试图形的线端之间的图形位于衬底第二区域，所述线端之间的图形具有若干不同宽度，在所述线端之间的图形中选取若干个量测点。

可选的，所述测试图形和衬底的位置关系为：所述测试图形的线端之间的图形位于衬底第一区域和第三区域，所述线端之间的图形具有若干不同宽度，在所述线端之间的图形中选取若干量测点。

可选的，所述测试图形和衬底的位置关系为：所述测试图形的线端之间的图形位于衬底第一区域、第二区域和第三区域，且位于第一区域的线端之间的图形具有若干不同宽度，位于第二区域的线端之间的图形具有若干不同宽度，位于第三区域的线端之间的图形具有若干不同宽度，在所述线端之间的图形中选取若干个量测点。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明实施例提供一种光学邻近校正方法，提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，且第一区域和第二区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第三区域的衬底为第一材料层，其中，在沿第二区域指向第三区域的方向上，第二区域的第二材料层厚度逐渐减小，第二区域的第一材料层的厚度逐渐增加，且第二材料层的材料的透光率大于第一材料层的材料的透光率，即，本发明实施例提供的衬底为形成有隔离结构的衬底；获取包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底的空间像光强函数，由于所述空间像光强函数是基于本发明实施例提供的衬底获得的，因此所述空间像光强函数考虑到了衬底内隔离结构对光的反射、干涉等问题的影响，而本发明实施例的光学邻近校正模型是基于所述空间像光强函数建立的，因此，本发明实施例建立的光学邻近校正模型考虑到了衬底内隔离结构对光刻胶曝光的影响；在依据所述光学邻近校正模型对目标图形进行光学邻近校正后，校正后的目标图形考虑到了衬底内隔离结构对光刻胶曝光的影响，从而在以校正后的目标图形为掩膜图形进行曝光显影处理时，抵消衬底内隔离结构对光刻胶造成的不必要的曝光，从而使得在衬底表面形成的最终图形的质量优，最终图形与目标图形之间的差异性小。

进一步，本发明实施例中，提供标准光学模型，所述标准光学模型包括标准空间像光强函数，所述标准空间像光强函数反映裸衬底表面的光强分布情况；根据衬底内第二材料层的厚度、以及第二材料层的材料，获取空间像光强分布随衬底内第二材料层厚度变化的变化关系函数，所述函数为校正函数，校正函数与标准空间光强函数的卷积即为衬底的空间像光强函数；并且，本发明实施例建立的光学模型为高斯核函数模型和标准光学模型的乘积，本发明实施例提供一种优化的空间像光强函数的计算方法，简化了光学邻近校正模型的计算时间，大大的减少了确定光学邻近校正模型所需的工作量，提高了半导体生产效率。

本发明实施例还提供一种优化光学邻近校正模型的方法，提供若干测试图形、以及前述的衬底和光学邻近校正模型；基于所述光学邻近校正模型对所述测试图形进行模拟曝光显影，获取模拟最终图形；对所述测试图形进行实际曝光显影，在所述衬底表面形成实际最终图形；若所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围外，调整所述光学邻近校正模型，直至模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围内，生成优化后的光学邻近校正模型。在对光学邻近校正模型进行调整之后，使得优化后的光学邻近校正模型与实际的曝光显影工艺更匹配，在采用优化后的光学邻近校正模型对目标图形进行光学邻近校正后，以所述光学邻近校正后的目标图形为掩膜进行曝光显影，在衬底表面形成的最终图形的质量更好。

附图说明

图1及图2为衬底内反射光线对光刻胶影响的示意图；

图3为本发明实施例提供的光学邻近校正方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的衬底的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例提供的典型的光刻系统示意图；

图6为本发明实施例提供的优化光学邻近校正模型的流程示意图；

图7至图10为本发明实施例提供的测试图形与衬底的位置关系示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中，当半导体衬底内形成有隔离结构时，在半导体衬底表面形成的最终图形与目标图形之间仍有偏差，形成的最终图形的质量有待提高。

针对在半导体衬底表面形成具有目标图形的光刻胶层的形成方法进行研究，请参考图1及图2，提供衬底100，所述衬底100内具有隔离结构101；在所述半导体衬底100表面形成初始光刻胶层；对目标图形进行光学邻近校正，形成光学邻近校正后的目标图形，将所述光学邻近校正后的目标图形写入掩膜版内；以所述具有光学邻近校正后的目标图形的掩膜版为掩膜，对所述初始光刻胶层进行曝光显影处理，将掩膜版中的图形转移到初始光刻胶中，在衬底100表面形成具有目标图形的光刻胶层102，且所述光刻胶层102的侧壁（线端，line end）位于隔离结构101表面或者隔离结构101以外的衬底100表面。

采用上述方法形成的光刻胶层102的线端并未完全垂直于衬底100表面，如图1及图2所示，光刻胶层102的线端侧壁毛糙，呈现不规则形状，光刻胶层102的图形明显与目标图形不符；若以形成的光刻胶层102为掩膜进行半导体制造工艺，则会导致半导体生产良率严重下降，形成的半导体器件不符合工艺需求。

针对形成具有目标图形的光刻胶的形成方法进行进一步研究发现，通常的，采用光学邻近校正模型对目标图形进行光学邻近校正，所述光学邻近校正模型的建立方法包括：提供测试图形以及衬底，所述衬底为裸衬底；提供具有测试图形的掩膜版，以所述掩膜版为掩膜进行曝光显影处理，在衬底表面形成实际最终图形，测量实际最终图形的特征尺寸，并获得测试数据；基于提供的测试图形进行光刻，在衬底表面形成模拟最终图形，测量模拟最终图形的特征尺寸，并获得模拟数据；通过对比所述测试数据和模拟数据，建立光学邻近校正模型。

因此，上述提供的光学邻近校正模型仅仅考虑到衬底为裸衬底的情况，而在实际的半导体制造工艺中，衬底通常为包含有隔离结构的衬底，例如图1及图2所示，衬底100的材料通常为硅，隔离结构101的材料通常为氧化硅，且隔离结构101与衬底100之间具有第一界面104和第二界面105，由于通常隔离结构101侧壁为倾斜侧壁，且隔离结构101顶部宽度大于底部宽度，因此，第一界面104与衬底100表面所在的平面之间具有非90度的夹角。由于氧化硅材料具有较强的透光率，而硅材料的透光率极低，因此，在第一界面104和第二界面105处，曝光处理提供的光103会发生光的反射现象，反射光对初始光刻胶层进行了不必要的曝光，使得初始光刻胶层接收的曝光量发生了改变，从而导致形成的光刻胶层102的侧壁形貌差。

由上述分析可知，如果预先获取第一界面104以及第二界面105对光刻胶层102造成的影响，则可以考虑到第一界面104和第二界面105的影响，对目标图形进行相应的光学邻近校正，那么，后续进行曝光显影处理时，能够抵消第一界面104和第二界面105的影响，从而形成与目标图形一致的最终图形。

为此，本发明提供一种光学邻近校正方法以及建立光学邻近校正模型的方法，提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，所述第二区域与第一区域以及第三区域相邻接，第一区域和第二区域衬底为第一材料层和第二材料层的叠层结构，第三区域衬底为第一材料层，且第二材料层的材料的透光率大于第一材料层的材料的透光率，其中，在沿第二区域指向第三区域的方向上，第二区域的第二材料层厚度逐渐减小，第二区域的第一材料层的厚度逐渐增加；获取衬底第一区域、第二区域和第三区域的空间像光强函数，基于所述空间像光强函数建立光学邻近校正模型；依据所述光学邻近校正模型对目标图形进行光学邻近校正。本发明考虑到衬底内隔离结构的对光刻胶曝光的影响，建立光学邻近校正模型，提高了在衬底表面形成的最终图形的质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

请参考图3，图3为本发明实施例提供的光学邻近校正方法的流程示意图：

步骤S101、提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，所述第二区域与第一区域以及第三区域相邻接，第一区域和第二区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第三区域的衬底为第一材料层；

步骤S102、提供目标图形；

步骤S103、获取衬底第一区域、第二区域和第三区域的空间像光强函数；

步骤S104、基于所述获取的空间像光强函数建立光学邻近校正模型，依据所述光学邻近校正模型对所述目标图形进行光学邻近校正。

以下将对光学邻近校正方法做详细说明。

请参考图4，提供包括第一区域I、第二区域II和第三区域II的衬底200，所述第二区域II与第一区域I以及第三区域III相邻接，第一区域I和第二区域II的衬底200为第一材料层201以及位于第一材料层201表面的第二材料层202的叠层结构，第三区域III的衬底200为第一材料层201，其中，在沿第二区域II指向第三区域III的方向上，第二区域II的第二材料层202厚度逐渐减小，第二区域II的第一材料层201的厚度逐渐增加，且第二材料层202的材料的透光率大于第一材料层201的材料的透光率。

本实施例中，第一区域I的衬底200内第一材料层201、第二材料层202的厚度保持不变；第二区域II的第二材料层202的厚度逐渐减小，位于第二材料层202下方的第一材料层201的厚度逐渐增加；第三区域III的衬底200为第一材料层201。

所述第一材料层201的材料为硅、锗、锗化硅或砷化镓，所述第二材料层202的材料为氧化硅。

在实际的半导体制造工艺中，衬底通常为形成有隔离结构的衬底，并且，受隔离结构形成工艺的局限性，通常隔离结构的侧壁为倾斜的侧壁，且隔离结构顶部宽度大于底部宽度。在本实施例中，衬底200即为形成有隔离结构的衬底，隔离结构的材料为氧化硅，隔离结构侧壁所在的区域即为第二区域II。

由于第二材料层202的材料为氧化硅，氧化硅为透光材料，具有较高的透光率，第一材料层201的材料为硅、锗、锗化硅或砷化镓，硅、锗、锗化硅或砷化镓的透光率比氧化硅的透光率低，因此，在光刻胶的曝光过程中，光线从第二材料层202中传输，达到第一材料层201和第二材料层202的界面处时，由于第二材料层202的材料的透光率低于第一材料层201的材料的透光率，所述光线在第一材料层201和第二材料层202界面处发生反射，反射光会对光刻胶曝光显影造成一定影响，相较于裸衬底来说，衬底表面相同位置的光强发生了改变，对于标准光学邻近校正模型而言，所述标准光学临近校正模型未考虑所述反射光对光刻胶曝光显影造成的影响。

而本实施例中，获取衬底200第一区域I、第二区域II和第三区域II的空间像光强函数；基于所述获取的空间像光强函数建立光学邻近校正模型，后续在提供目标图形后，依据所述光学邻近校正模型对所述目标图形进行光学邻近校正。由于本实施例建立的光学邻近校正模型考虑了衬底200第二区域II的空间像光强函数，考虑到了衬底200第二区域II光的反射、衍射等现象对光刻胶的影响，从而消除衬底200第二区域II广的反射、衍射等现象对目标图形的不良影响，使得在衬底200表面形成的最终图形与目标图形差异性极小。

以下将对基于空间像光强函数建立光学邻近校正模型的方法进行详细说明。

光学邻近校正模型包括光学模型（Optical Model）和光刻胶模型（ResistModel）。其中，光学模型为采用霍布金斯（Hopkins）方法进行部分相干光源的光学成像运算。光学模型是一个“白盒”（white box）模型，预测衬底平面上的曝光光强，即所谓的“空间像（Aerial Image）光强函数”，基于所述空间像光强函数建立光学模型。而光刻胶模型是在获取空间像光强函数的基础上，考虑到光刻胶在曝光后产生的离子扩散效应，用一个适当的高斯函数模型与空间像光强函数模型进行卷积，得到光刻胶模型。

图5为一个典型的光刻系统，包括：光源301、聚光器302、掩膜版303、光学透镜系统304、衬底305。

来自光源301的光线经过聚光器302后形成准直的光线，准直的光线穿过掩膜版302、以及透镜系统304，并且在衬底305上形成像。

具体的，光学模型实际上是部分相干光在带相差的孔径的透镜组系统中的投射成像问题，光学模型通常基于霍普金斯（Hopkins）模型，其使用光学原理对部分相干的光学系统的行为进行建模。

本实施例中，提供标准光学模型，所述标准光学模型中包括标准空间像光强函数，所述标准空间像光强函数反映裸衬底表面的光强分布情况，裸衬底为未形成有半导体结构的衬底，采用Hopkins理论描述的标准空间像光强函数可表示为：

$I(f,g)={\∫\∫}_{-\∞}^{\∞}T(f_1,g_1,f+f_1,g+g_1)F(f_1,g_1)F^{*}(f+f_1,g+g_1){\mathrm{df}}_1{\mathrm{dg}}_1$

I(x,y)=F^-1{I(f,g)}

式中，I（x，y）为衬底上点（x，y）处的输出光强函数，I（f，g）为空间输出光强函数I（x，y）经过二维傅里叶变换的频域值，F（f，g）是掩膜投射函数F（x，y）的二维傅立叶变换形式，F^*（f，g）为F（f，g）的共轭函数，T（f1，g1，f+f1，g+g1）表示光学系统的透射交叉系数（TCC：TransmissionCross Coefficients），也可称为传输交叉函数，是一个与成像对象完全无关的函数，描述了从光源到像平面间整个光学系统（照明系统和成像系统）的作用。所述透射交叉系数TCC是一个与掩膜形状无关的思维函数，其表达式为：

$T(f_1,g_1,f_2,g_2)={\∫\∫}_{-\∞}^{\∞}J(f,g)K(f+f_1,g+g_1)K^{*}(f+f_2,g+g_2)\mathrm{dfdg}$

式中，J（f，g）为光源的互强度函数，描述了照明系统的相干属性，K（f，g）为成像系统的频率响应函数。

Hopkins方法的本质是将部分相干照明系统以一种双线性系统的传递函数来描述，采用Hopkins方法，对于具有固定光源波长（Wavlength，λ）、数值孔径（Numerical Aperture，NA）、离焦（Defocus）、光源相干系数（CoherentFactor，δ）以及具有其他像差的光刻光学系统可以用确定的TCC来描述，在确定了TCC计算式之后，可以获取空间像的光强的傅立叶变换。

然而，用Hopkins方程来计算空间像的光强，其计算量是相当巨大的，因此需要加速的方法。一种被称为相干成像系统和（Sum of Coherent Sources，SOCS）的方法能够提供极为快速的近似解。该方法的思路是用加权的相干系统叠加来近似部分相干成像系统。具体就是系统函数TCC可以离散化为有限大小的四维矩阵，将TCC矩阵分解成一系列加权矩阵之和，TCC矩阵可表示为如下形式：

$T(f_1,g_1,f_2,g_2)=\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\η}}_k{\mathrm{\Φ}}_k(f_1,g_1){{\mathrm{\Φ}}_k}^{*}(f_2,g_2)$

式中，η_k为TCC矩阵的特征值，Φ_k（f₁，g₁）为相应的特征向量。

由此，标准空间像光强函数I（x，y）的计算式可转换为：

$I(x,y)=\underset{k}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\η}}_k|{\mathrm{\Φ}}_k(x,y)\⊗F(x,y)|$

式中，为卷积运算符号。

从上述分析可知，光学成像系统特性的表示函数TCC是以成像光源波长、数值孔径、放大系数和光源相干系统等一些参数作为主要的参数的。经过光源的互强度函数和成像系统的频率响应等中间过程的计算，就可以完成对光刻系统响应TCC的建立。空间像光强的计算除了掩膜部分的以外就是TCC函数，因此，可视TCC为光学成像部分的系统函数，即输入掩膜数据就可以利用TCC来获得掩膜的模拟光刻结果。

本实施例中，衬底200为包括第一区域I、第二区域II和第三区域II的衬底，第一区域I、第二区域II和第三区域II的第二材料层202的存在对空间像光强函数有一定的影响。其中，衬底200第一区域I内的第一材料层201和第二材料层202的厚度保持不变，那么获取衬底200第一区域I表面的任一处的空间像光强函数后即可以获取衬底200第一区域I表面的空间像光强函数，同样的，容易获取衬底200第三区域III表面的空间像光强函数。

而对于衬底200第二区域II来说，衬底200第二区域II内第二材料层202的厚度不断变化，衬底200第二区域II表面各处受到的光的反射、干涉影响不同，因此衬底200第二区域II表面各处的空间像光强函数存在差别，需要获取衬底200第二区域II表面各处的空间像光强函数，以建立衬底200第二区域II的光学模型，也即是说，针对衬底200第二区域II第二材料层202不同的厚度，分别建立子光学模型，每一个子光学模型对应第二材料层202的一个厚度值，多个子光学模型的集合即为衬底200第二区域II的光学模型。

由于衬底200第二区域II第二材料层202的厚度值具有无数个，因此，建立的子光学模型也为无数个，使得生成衬底200第二区域II的光学模型的计算量较大；若能将衬底200表面的空间光强函数与标准空间光强函数之间建立起联系，则能有效的减小计算量。

针对衬底200表面的空间像光强值进行研究发现，衬底200与裸衬底的区别在于，随着衬底200内第二材料层202厚度的变化，衬底200表面的空间像光强值发生了改变，对于衬底200第一区域I来说，第一材料层201和第二材料层202的厚度为固定值，因此，相对与裸衬底来说，衬底200第一区域I对衬底表面空间像光强的影响将是一个定值，所述定值称为第一校正函数G₁（x，y），第一校正函数G₁（x，y）为连续函数，其中，（x，y）是衬底200表面的坐标系为（x，y）的位置；而由于在衬底200表面形成的图形为二维图像，因此，衬底200第一区域I表面的空间像光强函数I₁（x，y）可看做第一校正函数与标准空间像光强函数之间的卷积，其表达式为：

$I_1(x,y)=G_1(x,y)\⊗I(x,y)$

对于衬底200第三区域III来说，衬底200第三区域III可看做为裸衬底，衬底200第三区域III不具有第二材料层201，因此，衬底200第三区域III对衬底表面空间像光强的影响为定值1，所述定值1称为第三校正函数G₃（x，y），第三校正函数G₃（x，y）为连续函数；同样的，衬底200第三区域III表面的空间像光强函数I₃（x，y）可看做第三校正函数与标准空间像光强函数之间的卷积，其表达式为：

$I_3(x,y)=G_3(x,y)\⊗I(x,y)$

对于衬底200第二区域II来说，衬底200第二区域II的第二材料层202的厚度值不断变化，根据第二材料层202的厚度、以及第二材料层202的材料，获取空间像光强分布随衬底200第二区域II内第二材料层202的厚度变化的变化关系函数，即获取第二校正函数G₂（x，y），并且，由于半导体工艺的限制，通常衬底200第二区域II第一材料层201和第二材料层202的界面为平滑过渡的平面，也就是说，衬底200第二区域II内第二材料层202的厚度为连续变化的，因此，所述第二校正函数为连续函数；同样的，衬底200第二区域II表面的空间像光强函数I₂（x，y）可看做第二校正函数与标准空间像光强函数之间的卷积，其表达式为：

$I_2(x,y)=G_2(x,y)\⊗I(x,y)$

由于第一校正函数G₁（x，y）、第二校正函数G₂（x，y）和第三校正函数G₃（x，y）均为连续函数，因此，衬底200内第二材料层202的厚度对空间像光强值的影响可以统一为校正函数G（x，y），所述校正函数G（x，y）为第一校正函数G₁（x，y）、第二校正函数G₂（x，y）和第三校正函数G₃（x，y）的集合，且校正函数G（x，y）为连续函数。

因此，衬底200第一区域I、第二区域II和第三区域III的空间像光强函数I_topo（x，y）为校正函数G（x，y）与标准空间像光强函数的卷积，其表达式为：

$I_{\mathrm{topo}}(x,y)=G(x,y)\⊗I(x,y)$

作为一个实施例，由于高斯核函数为连续函数，能够反映出衬底200内第二材料层202厚度变化对空间像光强值带来的影响，因此，所述校正函数为高斯核函数。在其他实施例中，可采用其他连续函数作为校正函数。

基于所述获取的空间像光强函数I_topo（x，y）建立光学邻近校正模型。光学邻近校正模型包括光学模型和光刻胶模型，其中，基于所述空间像光强函数建立光学模型，从上述分析可知，本实施例中，所述光学模型为高斯核函数模型和标准光学模型的乘积；建立光刻胶模型的方法为：基于所述空间像光强函数I_topo（x，y）和高斯函数的卷积建立光刻胶模型，其中，高斯函数具有标准偏差，所述高斯函数模拟光刻胶的扩散效应，所述标准偏差可根据实际测量数据校准得到。

需要说明的是，由于光刻胶具有一定的厚度，在其他实施例中，在建立了衬底表面的空间像光强函数基础上，还可以考虑光刻胶厚度的影响。

提供目标图形，所述目标图形为待形成在衬底200表面的图形，且所述目标图形的线端位于第一区域I、第二区域II或第三区域III衬底200表面。

依据所述光学邻近校正模型对所述目标图形进行光学邻近校正，在光学邻近校正之后，不仅可以在一定程度上消除光学邻近效应产生的问题，并且，由于本实施例建立光学邻近校正模型时，考虑了衬底200内隔离结构侧壁对光的反射、光的干涉等对光刻胶造成的不必要的曝光，因此，在对目标图形进行光学邻近校正之后，还可以消除隔离结构的存在造成的不良影响，使得后续在衬底200表面形成的最终图形的质量高。

综上，本发明提供的光学邻近校正方法的技术方案具有以下优点：

首先，提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，且第一区域和第二区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第三区域的衬底为第一材料层，其中，在沿第二区域指向第三区域的方向上，第二区域的第二材料层厚度逐渐减小，第二区域的第一材料层的厚度逐渐增加，且第二材料层的材料的透光率大于第一材料层的材料的透光率，即，本发明实施例提供的衬底为形成有隔离结构的衬底；获取包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底的空间像光强函数，由于所述空间像光强函数是基于本发明实施例提供的衬底获得的，因此所述空间像光强函数考虑到了衬底内隔离结构对光的反射、干涉等问题的影响，而本发明实施例的光学邻近校正模型是基于所述空间像光强函数建立的，因此，本发明实施例建立的光学邻近校正模型考虑到了衬底内隔离结构对光刻胶曝光的影响；在依据所述光学邻近校正模型对目标图形进行光学邻近校正后，校正后的目标图形考虑到了衬底内隔离结构对光刻胶曝光的影响，从而在以校正后的目标图形为掩膜图形进行曝光显影处理时，抵消衬底内隔离结构对光刻胶造成的不必要的曝光，从而使得在衬底表面形成的最终图形的质量优，最终图形与目标图形之间的差异性小。

其次，提供标准光学模型，所述标准光学模型包括标准空间像光强函数，所述标准空间像光强函数反映裸衬底表面的光强分布情况；根据衬底内第二材料层的厚度、以及第二材料层的材料，获取空间像光强分布随衬底内第二材料层厚度变化的变化关系函数，所述函数为校正函数，校正函数与标准空间光强函数的卷积即为衬底的空间像光强函数；并且，本发明实施例建立的光学模型为高斯核函数模型和标准光学模型的乘积，本发明实施例提供一种优化的空间像光强函数的计算方法，简化了光学邻近校正模型的计算时间，大大的减少了确定光学邻近校正模型所需的工作量，提高了半导体生产效率。

相应的，请参考图6，本发明实施例还提供一种优化光学邻近校正模型的方法，优化光学邻近校正模型的方法包括以下步骤：

步骤S201、提供若干组测试图形、以及如前所述的衬底和光学邻近校正模型；

步骤S202、基于所述光学邻近校正模型对所述测试图形进行模拟曝光，获取模拟最终图形；

步骤S203、对所述测试图形进行实际曝光，在所述衬底表面形成实际最终图形；

步骤S204、获取所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性，若所述差异性在预定范围外，调整所述光学邻近校正模型，直至模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围内，生成优化后的光学邻近校正模型。

以下将对本实施例提供的优化光学邻近校正模型的方法做详细说明。

步骤S201中的衬底以及光学邻近校正模型可参考上一实施例提供的衬底200和光学邻近校正模型，在此不再赘述。

优化光学邻近校正模型的作用在于：在实际半导体生产过程中，由于各种因素的干扰，实际的光刻系统总是难以与基于理论计算中得到的光学邻近校正模型完全一致，测量实际光刻得到的数据和测量模拟光刻得到的数据间总存在差别；因此根据实际光刻结果对光学邻近校正模型进行调整，生成优化的光学邻近校正模型，以期使模拟光刻得到的测量数据与实际光刻得到的测试数据之间的差别更小。

具体的，调整所述光学邻近校正模型的方法为：调整光学模型中的空间像光强函数的参数或光刻胶模型中的高斯函数的参数，同时采用一些经验公式调整光学模型和光刻胶模型，以使优化后的光学邻近校正模型更好的反映实际的光刻过程。

请参考图7至图10，图7至图10示出了测试图形与衬底的位置关系，实际为测试图形在曝光显影后在衬底上形成的图形与衬底的位置关系，提供若干组测试图形以及衬底300，所述衬底300包括第一区域310、第二区域320和第三区域330，包括第一组测试图形400、第二组测试图形500、第三组测试图形600、第四组测试图形700。

衬底300可参考上一实施例提供的衬底200的材料和结构，在此不再赘述。

测试图形的设计要求为：覆盖半导体工艺中常见的图形组合，同时增加考虑一些极限情况，且本实施例中，还要考虑到测试图形与衬底的位置关系。

请参考图7，图7示出了第一组测试图形400与衬底300的位置关系，所述测试图形400与衬底300的位置关系为：测试图形400的图形完全覆盖于衬底300表面，在所述衬底300第一区域310、第二区域320和第三区域330对应的测试图形400中分别选取若干个量测点401。

本实施例中，第一区域310具有第一宽度L21，第二区域320具有第二宽度L22，第三区域330具有第三宽度L23。所述测试图形400具有线宽L24和间距L25。

所述测试图形400包括若干个子测试图形410，所述子测试图形410的图形完全覆盖于衬底300表面，即所述子测试图形410完全覆盖于衬底300第一区域310、第二区域320和第三区域330表面，在所述衬底300第一区域310、第二区域320和第三区域330对应的子测试图形410中分别选取若干个量测点401。

在子测试图形410中选取若干量测点401的好处在于：后续在模拟曝光显影和实际曝光显影后，仅需测量所述量测点401所在位置的模拟测试数据和实际测试数据，减少测试量，提高优化光学邻近校正模型的优化效率；并且，由于光学邻近校正模型考虑了衬底300第一区域310、第二区域320和第三区域330建立的，因此，所述衬底300第一区域310、第二区域320和第三区域330对应的子测试图形410中均要选取量测点401。

后续在对第一组测试图形400进行模拟曝光显影和实际曝光显影时，改变测试图形的特征尺寸、衬底第一区域特征尺寸、衬底第二区域特征尺寸或衬底第三区域特征尺寸，多次获得量测点的模拟测试数据和实际测试数据的差异性；具体的，改变衬底300第一宽度L21、第二宽度L22或第三宽度L23中的任一项或多项参数，改变测试图形的线宽L24或间距L25中的任一项或多项参数，获取量测点401对应的模拟测试数据和实际测试数据。

请参考图8，图8示出了第二组测试图形500与衬底300的位置关系，所述测试图形500与衬底300的位置关系为：所述测试图形500的线端（line end）之间的图形位于衬底300第二区域320，所述线端之间的图形具有若干不同宽度L51。

具体的，所述测试图形500包括若干个子测试图形510，且所述子测试图形510为线端对线端（tip to tip）图形，且线端之间的图形至少位于衬底300第二区域320部分表面，即所述测试图形500在后续经过曝光显影处理后，在衬底300表面形成的最终图形至少暴露出衬底300的第二区域320部分表面。

在衬底300第二区域320对应的测试图形500的线端之间的图形中选取若干个量测点501，且所述量测点501位于不同宽度的线端之间的图形内，反映到衬底300表面上，所述量测点501位于衬底300第二区域320内，且对应同一子测试图形510来说，所述量测点501至子测试图形510两线端之间的距离相同。

对应图8所示的第二组测试图形500而言，还包括线端之间的图形宽度为零的子测试图形510，为了提高优化光学邻近校正模型的程度，在所述线段之间的图形宽度为零的子测试图形510中，选取若干辅助量测点502，所述辅助量测点502位于衬底300第一区域310、第二区域320和第三区域330对应的子测试图形510中。

请参考图9，图9为第三组测试图形600与衬底300的位置关系示意图，所述测试图形600与衬底300的位置关系为：测试图形600的线端之间的图形位于衬底300第一区域310和第三区域330。

具体的，所述测试图形600包括若干子测试图形610，且所述子测试图形610为线端对线端图形，所述子测试图形610的线端之间的图形位于衬底300第一区域310和第二区域320内，且所述线端之间的图形具有若干不同宽度L61。

在所述衬底300第一区域310和第二区域320对应的子测试图形610的线端之间选取若干量测点601，且对应同一子测试图形610来说，所述量测点601至子测试图形610两线端之间的距离相同。

请参考图10，图10示出了第四组测试图形700与衬底300之间的位置关系，所述测试图形700与衬底300的位置关系为：测试图形700的线端之间的图形位于衬底300第一区域310、第二区域320和第三区域330，且位于第一区域310的线端之间的图形具有若干不同宽度，位于第二区域320的线端之间的图形具有若干不同宽度，位于第三区域330的线端之间的图形具有若干不同宽度，在所述线端之间的图形中选取若干量测点701。

具体的，所述测试图形700包括若干子测试图形710，且各子测试图形710位于衬底300第一区域310、第二区域320或第三区域330的线端之间的图形具有不同的宽度。

在形成上述测试图形后，基于光学邻近校正模型对测试图形进行模拟曝光显影，获取模拟最终图形。

具体的，所述光学邻近校正模型为前述获取的光学邻近校正模型，所述测试图形至少包括第一组测试图形400、第二组测试图形500、第三组测试图形600和第四组测试图形700。

本实施例中，通过测量模拟最终图形的特征尺寸，获取模拟最终图形的模拟测试数据。为了简化测量过程，本实施例中，在形成模拟最终图形后，获取各测试图形中量测点对应的模拟测试数据。

对上述测试图形进行实际曝光显影，在衬底300表面形成实际最终图形。

本实施例中，通过测量实际最终图形的特征尺寸，获取实际最终图形实际测试数据。为了简化测量过程，本实施例中，在形成实际最终图形后，获取各测试图形中量测点对应的实际测试数据。

由于光学邻近校正模型模拟得到的模拟最终图形与实际曝光显影得到的实际最终图形之间总存在差别，若模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围外，则说明光学邻近校正模型需要优化，以使模拟曝光显影得到的图形与实际曝光显影得到的图形匹配的更好，使得优化后的光学邻近校正模型校正目标图形的效果更好。

获取所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性，若所述差异性在预定范围外，则调整光学邻近校正模型，直至模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围内，生成优化后的光学邻近校正模型。

本实施例中，获取所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性的方法为：测量模拟最终图形的特征尺寸CD1，获取模拟最终图形的模拟测试数据；测量实际最终图形的特征尺寸CD2，获取实际最终图形的实际测试数据；获取所述模拟测试数据和实际测试数据之间的差异性。

作为一个实施例，所述差异性为CD1与CD2的差的绝对值的平方，所述预定范围的数值可根据实际工艺需要确定。

调整所述光学邻近校正模型的方法为：调整光学模型中的空间像光强函数的参数或光刻胶模型中的高斯函数的参数。

判定调整后的光学邻近校正模型是否为优化的光学模型的方法为：基于调整后的光学邻近校正模型对测试图形进行模拟曝光显影，获取模拟测试数据；对测试图形进行实际曝光显影，获取实际测试数据；若所述模拟测试数据和实际测试数据之间的差异性在预定范围内，则所述调整后的光学邻近校正模型为优化的光学邻近校正模型；若所述模拟测试数据和实际测试数据之间的差异性在预定范围外，则继续调整所述光学邻近校正模型。

综上，本发明提供的优化光学邻近校正模型的方法的技术方案具有以下优点：

本发明技术方案中，提供若干测试图形、以及前述的衬底和光学邻近校正模型；基于所述光学邻近校正模型对所述测试图形进行模拟曝光显影，获取模拟最终图形；对所述测试图形进行实际曝光显影，在所述衬底表面形成实际最终图形；若所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围外，调整所述光学邻近校正模型，直至模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围内，生成优化后的光学邻近校正模型。在对光学邻近校正模型进行调整之后，使得优化后的光学邻近校正模型与实际的曝光显影工艺更匹配，在采用优化后的光学邻近校正模型对目标图形进行光学邻近校正后，以所述光学邻近校正后的目标图形为掩膜进行曝光显影，在衬底表面形成的最终图形的质量更好。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (20)

1.一种光学邻近校正方法，其特征在于，包括：

提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，所述第二区域与第一区域以及第三区域相邻接，第一区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第二区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第三区域的衬底为第一材料层，其中，在沿第二区域指向第三区域的方向上，第二区域的第二材料层厚度逐渐减小，第二区域的第一材料层的厚度逐渐增加，且第二材料层的材料的透光率大于第一材料层的材料的透光率；

提供目标图形；

获取衬底第一区域、第二区域和第三区域的空间像光强函数；

基于所述获取的空间像光强函数建立光学邻近校正模型，依据所述光学邻近校正模型对所述目标图形进行光学邻近校正。

2.如权利要求1所述光学邻近校正方法，其特征在于，所述第一材料层的材料为硅、锗、锗化硅或砷化镓，所述第二材料层的材料为氧化硅。

3.如权利要求1所述光学邻近校正方法，其特征在于，所述目标图形为待形成在衬底表面的图形，且所述目标图形的线端位于第一区域、第二区域或第三区域衬底表面。

4.如权利要求1所述光学邻近校正方法，其特征在于，所述光学邻近校正模型包括光学模型和光刻胶模型。

5.如权利要求4所述光学邻近校正方法，其特征在于，基于所述空间像光强函数建立光学模型。

6.如权利要求5所述光学邻近校正方法，其特征在于，提供标准光学模型，所述标准光学模型中包括标准空间像光强函数，所述标准空间像光强函数反映裸衬底表面的光强分布情况。

7.如权利要求6所述光学邻近校正方法，其特征在于，所述空间像光强函数为校正函数与标准空间像光强函数的卷积，所述校正函数为连续函数。

8.如权利要求7所述光学邻近校正方法，其特征在于，获取所述校正函数的方法为：根据衬底内第二材料层的厚度、以及第二材料层的材料，获取空间像光强分布随衬底内第二材料层厚度变化的变化关系函数。

9.如权利要求8所述光学邻近校正方法，其特征在于，所述校正函数为高斯核函数。

10.如权利要求9所述光学邻近校正方法，其特征在于，所述光学模型为高斯核函数模型和标准光学模型的乘积。

11.如权利要求4所述光学邻近校正方法，其特征在于，建立所述光刻胶模型的方法为：基于所述空间像光强函数和高斯函数的卷积建立光刻胶模型，其中，高斯函数具有标准偏差。

12.一种优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，包括：

提供包括第一区域、第二区域和第三区域的衬底，所述第二区域与第一区域以及第三区域相邻接，第一区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第二区域的衬底为第一材料层以及位于第一材料层表面的第二材料层的叠层结构，第三区域的衬底为第一材料层，其中，在沿第二区域指向第三区域的方向上，第二区域的第二材料层厚度逐渐减小，第二区域的第一材料层的厚度逐渐增加，且第二材料层的材料的透光率大于第一材料层的材料的透光率；

获取衬底第一区域、第二区域和第三区域的空间像光强函数；

基于所述获取的空间像光强函数建立光学邻近校正模型；

提供若干组测试图形；

基于所述光学邻近校正模型对所述测试图形进行模拟曝光显影，获取模拟最终图形；

对所述测试图形进行实际曝光显影，在所述衬底表面形成实际最终图形；

获取所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性，若所述差异性在预定范围外，调整所述光学邻近校正模型，直至模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性在预定范围内，生成优化后的光学邻近校正模型。

13.如权利要求12所述优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，调整所述光学邻近校正模型的方法为：调整光学模型中的空间像光强函数的参数或光刻胶模型中的高斯函数的参数。

14.如权利要求12所述优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，获取所述模拟最终图形与实际最终图形之间的差异性的方法为：测量模拟最终图形的特征尺寸，获取模拟最终图形的模拟测试数据；测量实际最终图形的特征尺寸，获取实际最终图形的实际测试数据；获取所述模拟测试数据和实际测试数据之间的差异性。

15.如权利要求14所述优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，在所述测试图形中选取若干个量测点，获取所述量测点对应的模拟测试数据和实际测试数据之间的差异性。

16.如权利要求15所述优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，所述测试图形与衬底的位置关系为：测试图形的图形完全覆盖于衬底表面，在所述衬底第一区域、第二区域和第三区域对应的测试图形中分别选取若干个量测点。

17.如权利要求16所述优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，改变测试图形的特征尺寸、衬底第一区域特征尺寸、衬底第二区域特征尺寸或衬底第三区域特征尺寸。

18.如权利要求15所述优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，所述测试图形和衬底的位置关系为：所述测试图形的线端之间的图形位于衬底第二区域，所述线端之间的图形具有若干不同宽度，在所述线端之间的图形中选取若干个量测点。

19.如权利要求15所述优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，所述测试图形和衬底的位置关系为：所述测试图形的线端之间的图形位于衬底第一区域和第三区域，所述线端之间的图形具有若干不同宽度，在所述线端之间的图形中选取若干量测点。

20.如权利要求15所述优化光学邻近校正模型的方法，其特征在于，所述测试图形和衬底的位置关系为：所述测试图形的线端之间的图形位于衬底第一区域、第二区域和第三区域，且位于第一区域的线端之间的图形具有若干不同宽度，位于第二区域的线端之间的图形具有若干不同宽度，位于第三区域的线端之间的图形具有若干不同宽度，在所述线端之间的图形中选取若干个量测点。