CN1716098A - 曝光系统的仿真方法和仿真装置 - Google Patents
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Abstract
一种曝光系统的仿真方法，其包括以下步骤：建立光学系统模型；初始化设置一数据处理装置；在该数据处理装置中设置光学系统的相关参数；提供需要仿真的图案；分析该图案；对输入的图案分析并将该图案做变换以获取该光学系统入射面的远场衍射光的光强分布光谱；将衍射光谱与光学系统的传递函数相乘可得通过该光学系统的有效衍射光谱；对有效衍射光谱做相应的逆变换可得到最终光线的强度分布。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种仿真方法和仿真装置，尤其涉及一种曝光系统的仿真方法和仿真装置。
【背景技术】
在半导体装置、液晶显示装置等的制造过程中，需要较多曝光(Lithography)和显影(Development)制程，而该制程通常较为复杂，良率较低。为提高生产良率，降低成本，简化制程，业界提出了狭缝光罩(Slit Pattern Mask)方法。该方法主要是利用光通过尺寸接近光波长度的狭缝时，发生的衍射现象。对衍射光栅而言，在光栅后的投影面上，即使光栅的不透光部分对应的光栅后的投影面上，也会存在一定的光，即通过光栅狭缝的光衍射造成的光强分布发生变化。结果，在该不透光部分对应的投影面上，形成强度较狭缝部分对应部分的直射光弱的光分布。
狭缝光罩方法中，由于需要预先设计微影所需的图案，而该图案中，线路错综复杂，分布较为密集，线宽度和线间距较窄，光透过该图案照射光阻层时，会发生类似于经过光栅时的衍射，使得狭缝间的遮光处对应的光阻层受到光照强度小于直射光强度的光照，从而该处光阻层部分发生光化学变化，即半曝光，在后续的显影步骤中，不至于被完全清洗掉，蚀刻过程中可作为所遮蔽部分的保护层，防止所遮蔽部分受损，蚀刻过程中，该光阻逐渐减少至消失，从而可进行多次蚀刻而仅需一次光罩。常见的采用狭缝光罩制程的半导体装置，其设计过程较为繁复，需设计多种不同设计图案并且以制程验证、尝试，从中取得较佳的半导体装置的设计图案。该方式成本较高而且设计周期较长。
为降低成本，缩短设计周期，业界提出一种利用计算机仿真该狭缝光罩制程的方法，其仿真过程如图1所示。其中光罩图案11上包括透光区域101、不透光区域103和半曝光图案区域105，对应基板13上的光阻层12的区域分别是全曝光区域102、无曝光区域104和半曝光区域106。半曝光图案区域105的图案分布类似光栅，可产生多缝衍射现象。光线10经过光罩图案11的半曝光图案区域105时发生衍射现象，其中14表示发生衍射的区域，15表示光10经过光罩图案11后在光阻层12上的强度分布曲线，在半曝光区域106处光阻层12发生半曝光，光阻变质厚度较全曝光区域102处薄。
该仿真方法仅针对狭缝光罩的曝光过程的衍射现象仿真，但该曝光过程是利用一系列光学组件组成的光学系统进行，因而该仿真方法与实际使用的曝光方式不符，从而产生较多误差，仿真准确度较低。
【发明内容】
为克服现有技术曝光系统的仿真方法准确度较低的缺陷，本发明提供一种准确度较高的曝光系统的仿真方法。
为克服现有技术曝光系统的仿真装置准确度较低的缺陷，本发明提供一种准确度较高的曝光系统的仿真装置。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种曝光系统的仿真方法，其包括以下步骤：建立光学系统模型；初始化设置一数据处理装置；在该数据处理装置中设置光学系统的相关参数；提供需要仿真的图案；分析该图案；对输入的图案分析并将该图案做变换以获取该光学系统入射面的远场衍射光的光强分布光谱；将衍射光谱与光学系统的传递函数相采可得通过该光学系统的有效衍射光谱；对有效衍射光谱做相应的逆变换可得到最终光线的强度分布。
其中该变换是傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换或者T变换。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：提供一种曝光系统的仿真装置，其包括：
一模型处理装置，其可以建立一曝光系统的光学系统模型；
一初始化装置，其对该光学系统的相关参数进行初始化设置；
一变换装置，其对输入的图案做变换以获取该光学系统入射面的远场衍射光谱的光强分布；
一数据处理装置，其将衍射光谱与光学系统的传递函数相乘可得通过该光学系统的有效衍射光谱；
一逆变换装置，其与该变换装置相对应，对有效衍射光谱做相应的逆变换可得到最终光线的强度分布，执行图案对应装置的制程的仿真。
其中该变换是傅立叶变换、拉普拉斯变换、Z变换或者T变换。
与现有技术相比，本发明的曝光系统的仿真方法仿真用于曝光机台的光学系统的仿真，仿真过程中，需输入曝光机台的相关参数，因而较之前的仅仿真光通过狭缝的衍射过程，其仿真结果准确度更高，更接近实际操作结果。该仿真方法用于半导体装置图案的设计时，可大大加快设计进度，缩短设计周期。
与现有技术相比，本发明曝光系统的仿真装置，由于采用了本发明曝光系统的仿真方法，能够更有效且准确的仿真实际操作过程，仿真结果更加接近实际操作结果。
【附图说明】
图1是一种现有技术狭缝光罩制程的仿真方法示意图。
图2是常用曝光机台的光学系统示意图。
图3是本发明曝光系统的仿真方法流程图。
图4是需要仿真的图案。
图5是图3所示曝光系统的仿真方法仿真获得的曝光机台的光学系统入射面的衍射光强度分布的光谱。
图6是图3所示仿真方法仿真获得的曝光机台的光学系统入射面的衍射光强度分布的频域下的光学传递函数。
图7是图3所示仿真方法仿真获得的曝光机台的光学系统出射面的衍射光强度分布的光谱。
图8是狭缝宽度为1.2μm的图案的仿真光强分布图。
图9是图8所示光强分布图对应的光谱。
图10是图8所示光强分布图对应图案实际曝光后的立体图。
图11是图8所示光强分布图对应图案实际曝光后的俯视图。
图12是图8所示光强分布图对应图案实际曝光后的剖面图。
【具体实施方式】
通常，曝光系统包括光学系统及起承载作用的载台，该光学系统包括若干光学透镜和光源。
请参阅图2，是常用的曝光机台的光学系统示意图。光源301发射的光从光学系统30的入射面305进入该曝光机台的光学系统30，之后从该光学系统30的出射面306出射，并在该光学系统30后方的投影面上形成投影302。其中Z0表示光源301与光学系统30入射面305之间的距离，即物距；Z1表示投影302与光学系统30出射面306之间的距离，即像距。
在曝光过程中，影响曝光分辨率的各种因素中，狭缝衍射的影响较为明显。而衍射对狭缝光罩的制程的分辨率由式(1)决定。
R＝k1λ/NA (1)
其中R表示分辨率，k1是由光学系统和工艺条件等所决定的一个常数；λ表示曝光光源的波长，NA(Numerical Aperture，数值孔径)表示光学透镜的数值孔径，代表一个透镜聚集光线的能力，是透镜边缘与投影面中心的夹角的一半的正弦。理想状况下，如两个非相干点光源，式(1)中，k1为0.61；实际上，k1由光学透镜像差、曝光条件(光源的相干性)、几何形状(Spatial Frequency，空间频率)、曝光机条件、光阻和工艺条件等决定。为改善分辨率，目前业界常采用的途径为：缩短曝光波长；增加数值孔径；降低k1值。
多数狭缝图案设计的研究集中在狭缝衍射影响上。但实际上，出射光与入射光在光学系统中同样存在数值孔径的限制，而且数值孔径是分辨率受到限制的真正物理原因。实际上，微影过程分辨率受到曝光系统的透镜的数值孔径的限制。曝光系统中菲涅尔(Fresnel)常数NF由式(2)决定。
NF≡a2/(λ·z) (2)
式(2)中，当NF＜＜1时，NF属于远场衍射(Far Field Diffraction)区域(a是数值孔径的半径)，z是狭缝到入射面的距离。
本发明利用计算机对该曝光系统进行仿真，其流程图如图3所示。其主要包括以下步骤：建立光学系统模型(步骤41)；提供需要仿真的图案(步骤42)；获取入射面的衍射光谱的光强分布(步骤43)；获取通过光学系统的有效光谱(步骤44)；获取最终光线强度分布(步骤45)。
采用本发明曝光系统的仿真方法对该曝光系统的仿真效果如图4至图7所示。其具体仿真过程包括：
(1)建立光学系统模型(步骤41)；
首先，建立一光学系统模型，本例中可建立一曝光系统的模型，初始化计算机，将该光学系统模型数字化，输入计算机系统，以从事后续操作。
(2)提供需要仿真的图案(步骤42)；
如图4所示，提供所需仿真的图案。初始化计算机相关配置，将需要仿真的图案预存在一存储装置中，并设置使其可存取；之后从存储装置中读取该图案并利用一图像处理装置将其进行数字化处理。
(3)获取入射面的衍射光谱的光强分布(步骤43)；
根据该光学系统模型，利用计算机对该图案的相关参数做傅立叶变换以得到入射面的衍射光的强度分布。该衍射光的强度分布的光谱如图5所示。实际上，并非所有谱线都能通过该光学系统的入射面或者出射面。
(4)获取通过光学系统的有效光谱(步骤44)；
建立光学系统的光学传递函数，可得到通过光学系统的有效光的光谱，衍射受限系统相干光的截止频率(Cutoff Frequency)f0由式(3)决定。
f0＝NA/λ (3)
例如，佳能MPA系列NA＝0.085，汞灯光波主要包括g线(436nm，紫外线)/h线(405nm)/i线(365nm，深紫外线)。相应的f0为0.195/0.210/0.233，即，降低波长可提高通过率。实际上，投影曝光系统的光源为非相干光，截止频率f0i＝2*f0。在非相干光中，图像光强由卷积方程式(4)决定：
Ii(x，y)＝Ig(x，y)hI(x，y) (4)
式(4)中，Ii(x，y)表示光学系统30的像平面的光强度分布函数，Ig(x，y)表示物平面的光强度分布函数，hI(x，y)表示空间域(Spacedomain)下的光学传递函数(Optical Transfer Function)。
根据卷积定理，式(4)可简化为式(5)
式(5)中，HI(μ，v)表示频域(Frequency Domain)下的光学传递函数，如图6所示；GiI(μ，v)表示衍射光谱。由此可获得光强分布的相应有效光谱。
(5)获取最终光线强度分布(步骤45)。
对有效光谱进行傅立叶逆变换，可得到式(6)
式(6)即为最终图像的光强分布式，将其转变为图像显示，可得到最终仿真结果，如图7所示。
以狭缝宽度为1.2μm的图案为例，采用本发明的曝光系统的仿真方法，其仿真结果的曲线图如图8所示，对应的光谱如图9所示。而实际光阻曝光显影后的结果则如图10、图11和图12所示，其中图10是曝光结果的立体图，图11是曝光结果俯视图，图12是曝光结果的剖面图。可见仿真结果与实际实验结果完全相符，即该仿真方法可对半导体装置的制程做出精确的仿真结果，而且由于几乎完全由计算机自动实现，再根据仿真结果来调整相应参数以获得最优化设计图案，因而该仿真方法可大大提高设计速度，缩短设计周期。
该曝光系统的仿真方法不限于半导体装置的制程的仿真，同时也可用于液晶显示装置的制程的仿真，特别是反射式液晶显示装置或者半反射式液晶显示装置中凸块(Bump)制造过程的仿真。
本发明实施方式中，获取光学系统入射面的远场衍射光的光强分布光谱的方法，不限于采用傅立叶变换，也可以采用拉普拉斯变换、T变换或者Z变换或者其他变换方法。
本发明不限于以上实施方式所述的应用，同样可应用于其它需要使用狭缝光罩或者类似方法的过程仿真。
Claims (14)
1.一种曝光系统的仿真方法，其包括以下步骤：建立光学系统模型；初始化设置一数据处理装置；在该数据处理装置中设置光学系统的相关参数；提供需要仿真的图案；分析该图案；对输入的图案分析并将该图案做变换以获取该光学系统入射面的远场衍射光的光强分布光谱；将衍射光谱与光学系统的传递函数相乘可得通过该光学系统的有效衍射光谱；对有效衍射光谱做相应的逆变换可得到最终光线的强度分布。
2.如权利要求1所述的曝光系统的仿真方法，其中该数学变换是傅立叶变换。
3.如权利要求1所述的曝光系统的仿真方法，其中该变换是拉普拉斯变换。
4.如权利要求1所述的曝光系统的仿真方法，其中该变换是T变换。
5.如权利要求1所述的曝光系统的仿真方法，其中该变换是Z变换。
6.如权利要求1所述的曝光系统的仿真方法，其中该图案需预存在一存储装置中。
7.如权利要求1所述的曝光系统的仿真方法，其中该图案经过一图案处理装置处理。
8.一种曝光系统的仿真装置，其特征在于：其包括：
一模型处理装置，其可以建立一曝光系统的光学系统模型；
一初始化装置，其对该光学系统的相关参数进行初始化设置；
一变换装置，其对输入的图案做变换以获取该光学系统入射面的远场衍射光谱的光强分布；
一数据处理装置，其将衍射光谱与光学系统的传递函数相乘可得通过该光学系统的有效衍射光谱；
一逆变换装置，其与该变换装置相对应，对有效衍射光谱做相应的逆变换可得到最终光线的强度分布，执行图案对应装置的制程的仿真。
9.如权利要求8所述的曝光系统的仿真装置，其特征在于：该变换装置是傅立叶变换装置。
10.如权利要求8所述的曝光系统的仿真装置，其特征在于：该变换装置是拉普拉斯变换装置。
11.如权利要求8所述的曝光系统的仿真装置，其特征在于：该变换装置是T变换装置。
12.如权利要求8所述的曝光系统的仿真装置，其特征在于：该变换装置是Z变换装置。
13.如权利要求8所述的曝光系统的仿真装置，其特征在于：其进一步包括一用于存储数据的存储装置。
14.如权利要求8所述的曝光系统的仿真装置，其特征在于：其进一步包括一对输入的图案做相应处理的图案处理装置。
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| CN 200410027941 CN1716098A (zh) | 2004-06-28 | 2004-06-28 | 曝光系统的仿真方法和仿真装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107272325A (zh) * | 2017-07-20 | 2017-10-20 | 武汉华星光电技术有限公司 | 光罩及基于该光罩的曝光方法 |
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