一种光刻图形的仿真方法及仿真系统

摘要

本发明提出一种光刻图形的仿真方法及仿真系统，包括：预设一基板厚度参数，光阻层厚度参数及掩膜版；根据所述基板厚度参数，所述光阻层厚度参数及所述掩膜版，模拟入射光照射在光阻层上，所述入射光经过所述基板反射后形成反射光，所述反射光和所述入射光形成驻波；调整预设参数，以调整所述驻波的波峰和波谷的位置；模拟显影处理，以获得所述光刻图形；判断所述驻波的波峰是否位于所述光刻图形的底部和/或判断所述基板的反射率是否小于阈值；若是，则将调整后的所述预设参数用于实验中；若否，则再次调整所述预设参数。本发明提出的光刻图形的仿真方法可以模拟光刻图形的制造过程，解决光刻图形不稳定的问题。

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种光刻图形的仿真方法及仿真系统。

背景技术

半导体制造技术中的光刻工艺过程即通过在晶片表面旋涂光刻胶，曝光显影将掩膜版上预先制作好的图形转移至晶片上的过程。然后带有光刻胶图形的晶片被送入刻蚀或离子注入设备对未被光刻胶覆盖的区域进行离子注入或掺杂，以形成所需要的掺杂浓度或结构。从而光刻胶定义的图形的精准度会直接影响离子注入和刻蚀后质量。在现有技术中，随着半导体制程技术的发展线宽越来越小，经过曝光，显影之后形成的光刻图形由于与基板的接触面积变小，从而导致光刻图形不稳定，造成光刻图形容易倒塌。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明提出一种光刻图形的仿真方法及仿真系统，通过仿真实验来解决光刻图形容易倒塌的问题，减少实际生产的投入。

为实现上述目的及其他目的，本发明提出一种光刻图形的仿真方法，包括：

预设基板厚度参数，光阻层厚度参数及掩膜版；

根据所述基板厚度参数，所述光阻层厚度参数及所述掩膜版，模拟入射光照射在光阻层上，所述入射光经过所述基板反射后形成反射光，所述反射光和所述入射光形成驻波；

调整预设参数，以调整所述驻波的波峰和波谷的位置；

模拟显影处理，以获得所述光刻图形；

判断所述驻波的波峰是否位于所述光刻图形的底部和/或判断所述基板的反射率是否小于阈值；

若是，则将调整后的所述预设参数用于实验中；

若否，则再次调整所述预设参数。

进一步地，当所述基板厚度参数包括抗反射层厚度参数时，则所述预设参数包括抗反射层厚度参数。

进一步地，在预设范围内根据所述抗反射层厚度参数，依次增加或减小抗反射层的厚度，以获取多个所述驻波。

进一步地，当任一所述驻波的波峰的位置位于所述光刻图形的底部和/或所述基板的反射率小于阈值时，则确定所述抗反射层的厚度。

进一步地，在所述模拟显影处理之后，还包括模拟所述光阻层的烘烤过程，所述烘烤过程至少包括调整温度参数。

进一步地，在预设范围内根据所述温度参数，依次增加或减小温度，以获取多个所述驻波。

进一步地，当任一所述驻波的波峰的位置位于所述光刻图形的底部和/或所述基板的反射率小于阈值时，则确定所述光阻层的烘烤过程的温度。

进一步地，当所述驻波的波峰位于所述光刻图形的底部时，所述驻波的波峰的宽度等于所述光刻图形的底部的宽度。

进一步地，在进行判断步骤中，还包括判断所述光刻图形的偏移度是否小于阈值。

进一步地，本发明还提出一种光刻图形的仿真系统，包括：

参数设定单元，用于预设基板厚度参数，光阻层参数；

曝光模拟单元，用于模拟入射光照射在所述光阻层上，所述入射光经过所述基板反射后形成反射光，所述反射光和所述入射光形成驻波；

参数调整单元，用于调整预设参数，以调整所述驻波的波峰和波谷的位置；

显影模拟单元，用于模拟显影处理，以获得所述光刻图形；

判断单元，用于判断所述驻波的波峰是否位于所述光刻图形的底部和/或判断所述基板的反射率是否小于阈值；

若是，则将调整后的所述预设参数用于实验中；若否，则再次调整所述预设参数。

综上所述，本发明提出一种光刻图形的仿真方法及仿真系统，通过仿真实验模拟光刻图形的制造过程，在仿真实验中，由于入射光和反射光干涉在沿着光阻层厚度的方向形成驻波，且驻波的波峰的宽度大于驻波的波谷的宽度。通过调整预设参数，使得驻波的波峰位于光刻图形的底部和/或使得基板的反射率小于阈值；当驻波的波峰位于光刻图形的底部时，由于波峰的宽度较大，因此光刻图形的底部较宽，也就是光刻图形与基板的接触面积较大，因此可以使得形成的光刻图形的稳定性更高。同时，本发明通过仿真实验进行模拟，然后将模拟过程符合条件的参数用于实验产品中，因此可以减少实际生产的投入，提高研发速度。

附图说明

图1：本实施例提出的光刻图形的仿真系统的示意图。

图2：本实施例提出的光刻图形的仿真方法的流程图。

图3：步骤S1对应的结构示意图。

图4：掩膜版的示意图。

图5：步骤S2对应的结构示意图。

图6：驻波的示意图。

图7：光刻图形的示意图。

图8：光刻图形的形貌的示意图。

图9：光刻图形的形貌的另一示意图。

图10：光刻图形的形貌的另一示意图。

图11：抗反射层的厚度和基板反射率的关系图。

图12：步骤S1的另一结构图。

图13：抗反射层的厚度，关键尺寸的偏移度和光阻层的厚度的关系图。

符号说明

10：仿真系统；11：参数设定单元；12：曝光模拟单元；13：参数调整单元；14：显影模拟单元；15：判断单元；101：基板；102：抗反射层；103：光阻层；103a：光刻图形；104：掩膜版；104a：透光区；104b：遮挡区；105：入射光；106：反射光；107：驻波；107a：波峰；107b：波谷。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提出一种光刻图形的仿真系统10，该仿真系统10包括参数设定单元11，曝光模拟单元12，参数调整单元13和显影模拟单元14及判断单元15。参数设定单元11用于设计基板厚度参数，光阻层厚度参数及掩膜版，也就是通过参数设定单元11设计出基板，光阻层和掩膜版，也就是通过参数设定单元11也可以调整基板的厚度，光阻层的厚度，例如增加或减小基板的厚度，或者增加或减小光阻层的厚度。当基板上需要形成抗反射层时，基板厚度参数还可以包括抗反射层厚度参数。在本实施例中，光阻层位于基板上，掩膜版位于光阻层上。在本实施例中，掩膜版可以包括曝光区和非曝光区。曝光区可以通过光线，非曝光区无法通过光线。

如图1所示，在本实施例中，曝光模拟单元12用于模拟曝光过程，也就是模拟入射光通过掩膜版照射在光阻层上，例如模拟黄光照射在光阻层上。当入射光照射在光阻层上时，入射光穿过光阻层到达基板上，入射光经过基板反射形成反射光，此时入射光和反射光会产生干涉，在沿着光刻胶厚度的方向形成驻波。该驻波可以包括波峰和波谷，需要说明的是，波峰的宽度可以大于波谷的宽度。

如图1所示，在本实施例中，参数调整单元13用于调整预设参数，以调整驻波的波峰和布谷的位置。例如通过调整基板的厚度，曝光的能量来调整驻波的波峰和波谷的位置。当然也可以调整烘烤的温度以调整驻波的波峰和波谷的位置。

如图1所示，在本实施例中，显影模拟单元14用于模拟显影处理，以获得光刻图形。所述光刻图形位于基板上。同时还可以得到光刻图形的形貌。如果光刻图形的底部的宽度较小时，则表示光刻图形与基板的接触面积小，光刻图形的稳定性差；如果光刻图形的底部的宽度较大时，则表示光刻图形与基板的接触面积大，光刻图形的稳定性强。

如图1所示，在本实施例中，当形成光刻图形之后，判断单元15则可以根据光刻图形的形貌来判断调整的预设参数是否可以应用到实验中，例如当光刻图形的底部较宽时，例如驻波的波峰位于光刻图形的底部时，则表示该光刻图形的稳定性强，可以将调整后的预设参数应用于实验中。如果光刻图形的底部较窄时，例如驻波的波谷位于光刻图形的底部时，则表示该光刻图形的稳定性差，则需要再次调整预设参数，使得波峰位于光刻图形的底部，从而使得光刻图形的底部变宽。当然，判断单元15也可以根据基板的反射率来判断调整的预设参数是否可以应用到实验中，例如当反射率小于0.1时，则表示入射光和反射光虽然形成驻波，驻波效应的影响较小，因此可以判断光刻图形的稳定性较高。

如图1所示，在本实施例中，该仿真系统10通过模拟光刻图形的形成过程，通过调整预设参数，来获得大量的光刻图形，并通过观察光刻图形的形貌，并通过判断光刻图形与基板的接触面积来判断该光刻图形的稳定性。如果光刻图形与基板的接触面积大，则表示调整后的预设参数较好，从而可以选择获得高稳定性的光刻图形的参数，从而将该参数应用于实验中，由此可以减少实际生产的投入。

如图1所示，在本实施例中，该仿真系统10可以应用于计算机系统中，该计算机系统可以包括存储系统，该存储系统用于存储仿真系统10的使用过程。该存储系统例如包括半导体或固态存储器、磁带、可移动计算机磁盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬磁盘和光盘。

如图2所示，本实施例还提出一种光刻图形的仿真方法，包括：

S1：预设基板厚度参数，光阻层厚度参数及掩膜版；

S2：根据所述基板厚度参数，所述光阻层厚度参数及所述掩膜版，模拟入射光照射在光阻层上，所述入射光经过所述基板反射后形成反射光，所述反射光和所述入射光形成驻波；

S3：调整预设参数，以调整所述驻波的波峰和波谷的位置；

S4：模拟显影处理，以获得所述光刻图形；

S5：判断所述驻波的波峰是否位于所述光刻图形的底部和/或判断所述基板的反射率是否小于阈值；若是，则将调整后的所述预设参数用于实验中；若否，则再次调整所述预设参数。

如图1，图3所示，在步骤S1中，首先通过参数设定单元11预设基板厚度参数，光阻层厚度参数和掩膜版，以设计出基板101，光阻层103和掩膜版104。参数设定单元11通过调整基板厚度参数即可调整基板101的厚度，参数设定单元11通过调整光阻层厚度参数即可调整光阻层103的厚度，参数设定单元11还可以调整掩膜版104的透光区104a和遮挡区104b的位置。需要说明的是，基板厚度参数还包括抗反射层厚度参数，因此当基板101上具有抗反射层102时，可以调整抗反射层102的厚度。本实施例以调整抗反射层厚度参数，也就是调整抗反射层102的厚度，以达到调整基板101的厚度的目的。

如图3所示，在本实施例中，参数设定单元11设计出基板101，抗反射层102，光阻层103的初始厚度，从而形成基板101，抗反射层102和光阻层103。抗反射层102位于基板101上，光阻层103位于抗反射层102上，掩膜版104位于光阻层103上。

如图4所示，在本实施例中，该掩膜版104可以包括透光区104a和遮挡区104b。光线可以通过透过区104a，光线无法通过遮挡区104b。光线通过透过区104a在光阻层103上形成曝光区，光线无法通过遮挡区104b，因此在光阻层103上形成非曝光区。在本实施例中，通过参数设定单元11可以调整透光区104a和遮挡区104b的位置。

如图1和图5所示，在步骤S2中，通过曝光模拟单元12来模拟曝光过程，也就是模拟入射光通过透光区104a照射在光阻层103上，例如模拟黄光照射在光阻层103上。从图5中可以看出，入射光105通过透光区104a照射到光阻层103上，入射光105进入光阻层103后到达基板101上，入射光105反射形成反射光106。入射光105照射的光阻层103的区域经过显影处理之后，入射光105照射的区域将被移除掉，从而形成光刻图形。

如图5-图6所示，在本实施例中，当入射光105和反射光106相遇时，即在沿着光阻层103的厚度方向形成驻波107，该驻波107例如包括波峰107a和波谷107b。从图6中可以看出，当形成驻波107时，波峰107a之间的宽度大于波谷107b之间的宽度，因此可以得出当驻波107的波峰107a位于光刻图形的底部时，光刻图形的底部宽度较大，光刻图形与基板101的接触面积较大，因此光刻图形的稳定性更高。

如图2，图5，图6所示，在步骤S3中，通过参数调整单元13来调整预设参数，以调整波峰107a和波谷107b的位置。在本实施例中，由于基板101上具有抗反射层102，因此可以调整抗反射层102的厚度，也就是调整基板101的厚度。在本实施例中，当参数设定单元11确定抗反射层102的初始厚度之后，通过参数调整单元13来依次增加或减小抗反射层102的厚度，从而改变驻波107的波峰107a和波谷107b的位置。当抗反射层102的厚度改变时，入射光105的路径和反射光106的路径发生变化，因此驻波107的波峰107a和波谷107b的位置会发生变化；因此光刻图形的形貌也会发生变化。需要说明的是，本实施例在预设范围内依次增加或减小抗反射层102的厚度，从而形成多个驻波107，然后在模拟显影过程，从而可以获得光刻图形，并得到光刻图形的形貌。所述预设范围例如为0-300nm。

如图1和图7所示，在步骤S4中，通过显影模拟单元14进行模拟显影处理，通过模拟显影处理之后，位于曝光区内的光阻层103被移除，位于非曝光区内的光阻层103被保留，形成光刻图形103a。在本实施例中，每当调整一次抗反射层102的厚度时，即模拟一次显影处理，即获得一个光刻图形103a，因此也可以得知该光刻图形103a的形貌。

如图1和图8-图10所示，在步骤S5中，当进行显影模拟之后，判断单元15则根据光刻图形103a的形貌来判断该光刻图形103a的稳定性。例如，当参数调整单元13将抗反射层102的厚度依次调整至60nm，100nm，130nm时，经过模拟显影之后，获得的光刻图形103a的形貌依次为图8-图10所示。例如当抗反射层102的厚度为60nm时，驻波107的波谷107b位于光刻图形103a的底部，也就是说光刻图形103a的底部宽度较窄，也就是光刻图形103a的底部与基板101的接触面积较小，因此该光刻图形103a的稳定性较差。又例如当抗反射层102的厚度为100nm时，驻波107的半波峰位于光刻图形103a的底部，也就是说光刻图形103a的底部宽度增加，也就是说光刻图形103a的底部与基板101的接触面积较大，因此该光刻图形103a的稳定性较好。又例如当抗反射层102的厚度为130nm时，驻波107的波峰107b位于光刻图形103a的底部，也就是说光刻图形103a的底部宽度，也就是说光刻图形103a的底部与基板101的接触面积进一步变大，因此该光刻图形103a的稳定性好。因此，通过判断单元15可以判断出波峰107a是否位于光刻图形103a的底部。如果波峰107a位于光刻图形103a的底部，则表示该光刻图形103a与基板101的接触面积大，该光刻图形103a的稳定性好，则可以将该抗反射层102的厚度应用于实验中。如果波峰107a不是位于光刻图形103a的底部，那么表示该光刻图形103a与基板101的接触面积较小，该光刻图形103a的稳定性较差，因此需要再次调整抗反射层102的厚度，使得波峰107a位于光刻图形103a的底部。

如图11所示，在本实施例中，在步骤S5中，还可以通过判断基板101的反射率是否小于阈值。如果基板101的反射率小于阈值，则表示该光刻图形103a的稳定性好，如果基板101的反射率大于阈值，则表示该光刻图形103a的稳定性较差。例如从图9中可以看出，当抗反射层102的厚度从50nm逐渐增加，基板101的反射率小于阈值（例如为0.1），因此当抗反射层102的厚度逐渐大于50nm时，光刻图形103a的稳定性逐渐提高。基板101的反射率越低，表示入射光105和反射光106形成的驻波107的幅度越小，也就是驻波效应越小，也就是对光刻图形103a的稳定性影响越小。

如图2所示，在本实施例中，还可以同时判断驻波107的波峰107a是否位于光刻图形103a的底部以及判断基板101的反射率是否小于阈值。当调整预设参数后，波峰107a位于光刻图形的底部，且基板101的反射率小于阈值，则表示该预设参数可以应用于实验中。需要说明的是，在进行判断时，首先判断波峰107a是否位于光刻图形103a的底部，然后在判断基板101的反射率是否小于阈值。

如图1和图12所示，在本实施例中，当通过参数设定单元11预设基板厚度参数，光阻层厚度参数及掩膜版后，即可确定基板101，光阻层103的初始厚度，以及确定掩膜版104的透光区104a和遮挡区104b的位置。需要说明的是，当基板厚度参数不包括抗反射层厚度参数时，也就是基板101上不具有抗饭层102，因此无法通过调整抗反射层102的厚度，来改变基板101的厚度。

如图1和图12所示，在本实施例中，显影模拟单元14还可以包括模拟对光阻层103的烘烤过程，也就是在显影处理之前，模拟光阻层103的烘烤温度和烘烤时间。因此在步骤S3中，参数调整单元13还可以调整烘烤温度以使得波峰107a位于光刻图形103a的底部。例如在预设范围内依次增加或减小烘烤温度，从而可以得到多个驻波107，然后在判断波峰107a是否位于光刻图形103a的底部或者基板101的反射率小于预设值，如果波峰107a位于光刻图形103a的底部和/或基板101的反射率小于预设值，则可以将该烘烤温度和烘烤时间应用于实验中，如果波峰107a不是位于光刻图形103a的底部，且基板101的反射率大于阈值，则需要通过参数调整单元13再次调整烘烤温度或烘烤时间。在本实施例中，由于光阻层103呈现为弱酸性，因此当通过控制烘烤温度和烘烤时间，即可控制光阻层103底部的酸吸附（acid sorption of bottom），例如在预设范围内控制烘烤温度和烘烤时间，来调整底部的酸吸附，形成多个不同的光刻图形103a，然后在判断波峰107a是否位于光刻图形103a的底部和/或基板101的反射率是否小于阈值。如果波峰107a位于光刻图形1073的底部和/或基板101的反射率小于阈值，则可以将该烘烤温度和烘烤时间应用于实验中，如果波峰107a不是位于光刻图形103a的底部，且基板101的反射率小于阈值，则需要再次调整烘烤温度和烘烤时间，然后在确定烘烤温度和烘烤时间。

如图3和图13所示，在一些实施例中，当基板101上具有抗反射层102，因此可以通过调整抗反射层102的厚度来调整基板101的厚度。当在抗反射层102上旋涂光阻层103时，由于光阻层103的厚度不同，同时也由于旋涂工艺的限制，导致光阻层103的厚度不均匀。从图11中来看，当抗反射层102的厚度增加，例如当抗反射层102的厚度大于100nm时，虽然光阻层103的厚度不同，但是形成的关键尺寸的偏移度的差异性较稳定。因此可以通过关键尺寸的偏移度来判断该光刻图形103a的形貌的稳定性。在本实施例中，相邻的光刻图形103a即形成关键尺寸，因此关键尺寸的偏移度也可以表示光刻图形103a的偏移度。因此本实施例还可以通过光刻图形103a的偏移度来判断光刻图形的稳定性，从而可以确定抗反射层102的厚度，并将确定后的抗反射层102的厚度应用于实验中。

综上所述，本发明提出一种光刻图形的仿真方法及仿真系统，通过仿真实验模拟光刻图形的制造过程，在仿真实验中，由于入射光和反射光干涉在沿着光阻层厚度的方向形成驻波，驻波的波峰的宽度大于驻波的波谷的宽度，通过调整预设参数，使得驻波的波峰位于光刻图形的底部和/或使得基板的反射率小于阈值；当驻波的波峰位于光刻图形的底部时，由于波峰的宽度较大，因此光刻图形的底部较宽，也就是光刻图形与基板的接触面积较大，因此可以使得形成的光刻图形的稳定性更高。同时，本发明通过仿真实验进行模拟，然后将模拟过程符合条件的参数用于实验产品中，因此可以减少实际生产的投入，提高研发速度。

在整篇说明书中提到“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(anembodiment)”或“具体实施例(a specific embodiment)”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”、“在实施例中(inan embodiment)”或“在具体实施例中(in a specific embodiment)”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中(in)”的意思包括“在…中(in)”和“在…上(on)”。

本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。

本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。

因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案，例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。