[发明专利]用于光刻工艺的模拟方法

说明书

本发明是关于一用于光刻工艺(lithographic process)的模拟的方法；特别是关于一种模拟采用半导体元件制造程序、发光晶体二极管(light crystal diode，LCD)制造程序，以及光刻(例如电子束或X射线)的方法。

即使光学的光刻工艺模拟技术的发展，晚于光学的光刻应用在半导体工业的时间，但由于其优良的效率擅长于单元布局的最佳化、复杂程序中最佳化条件的预期、或是在大量资料的快速处理，该技术已成为主要的必需方式，在一单位工艺过程或新发展上减少试误，并缩短其发展期间。

对于最佳化一掩模布局而言，光学近似效应修正(optical proximityeffect correction，OPC)是很基本的。它是用以进行光学近似效应修正所最常用的方法。使用时，修正掩模布局以便投射影像(aerial image)很接近所要的目标布局，且投射影像的强度分布轮廓视为如同抗蚀剂图案(resist pattern)的俯视图。

因为它提供较好效率与使用的便利，本方法使用得很广。然而当中有一不利点，就是其正确度落在解析极限的附近；而且当图形，其种类、大小和密度异于另一者，存在于不同形状的掩模上时，这就很难预期只使用投射影像所刻成图形的状况。

值得一提的，光刻工艺中的近似效应包括光学与非光学成分。由于OPC一般是对整个光刻工艺的邻近效应校正，它不能满足投射影像的修正(即纯光学成分)，因而抗蚀工艺造成的邻近效应(即非光学成分)也应该考虑。

即使包含抗蚀工艺的OPC是本领域最想要的，因抗蚀工艺的模拟属于不同领域，完整程序的OPC并不常被考虑。为了增加OPC的精确度，取而代之地，已主动研究一种采取适当近似于完整程序的方法。

一近似的模拟方法，它能获得比较正确的结果，而不必模拟完整的程序，而本方法应用到1GD OPC的结果，将在些之后加以解说。

有许多不同的方式来模拟光刻工艺，然后分析所得结果。其中一种方式模拟光刻工艺的全部过程。该过程广泛地包括三步：1)计算投射影像、2)呼叫潜像(latent image)、3)计算显影过程。(参见图1)

投射影像定义为：正好在光线抵达晶片表面的抗蚀层之前的光强度分布，其间掩模装于一曝光装置中，而晶片被曝光。为了模拟投射影像，掩模上的布局和曝光装置的曝光条件(例如NA：数值孔径(numericalaperture)、σ：部分相干因子(partial coherence factor)应为输入参数所必需。

在抗蚀层被投射影像曝光的情况下，有一些复杂的情形：每个从表面反射回来的部分光量，会被抗蚀层吸收，或者从晶片基片的表面反射回来，然后再回到抗蚀层。此时潜在影像，也就是曝光后吸收在抗蚀层上的光强度分布，就发生了。不仅抗蚀层的特性(例如折射率：Dill′sA，B，C)，一些代表晶片基片特性的参数(例如albed，漫反射系数)也应该包含在输入参数里，以模拟潜像。

在化学扩大抗蚀层(chemical amplification resist)的情况下，光敏酸发生源(photo acid generator，PAG)因抗蚀层吸收的能量而溶解，然后就产生了酸。接下来，酸因曝光后烘烤(post exposure bake，PEB)而经过一扩散过程，这也是下一个程序。然后为了响应一保护群，产生一非保护群和另一个酸。接续下来，该酸与其他非保护群反应的相似连续过程就发生了，而且此一过程在本发明中表示为扩大现象。因此，最后显影液把非保护群溶解掉，从而形成抗蚀剂图形。

为了模拟在此一行为下的抗蚀层剖面图，当中应该要有PEB参数(例如温度、时间)与显影参数(例如显影速率、显影液的种类与浓度)。

商用软件中计算投射影像的程序已经发展得很好，以及模拟抗蚀层剖面图的程序也已发展出来。然而，即使投射影像模拟的建立是基于一明显的理论，抗蚀层剖面图模拟的形式几乎全是模型，而且需要很多参数来模拟整个过程。因此，全程模拟还用得不多，这是因仍有一些不利之处，其中需要长的模拟时间，而且就只因为除了一最起码的因素外，不知道一个抗蚀层参数而使精确度不够。

因此，所用的主要方法，不是全程模拟，而是一种只模拟投射影像，然后以一临界模型(threshold model)预测实验结果的方法。在此，临界模型是一种分析方法，当中或多或少有些数值，集中在由投射影像模拟的结果所获得的强度分布中的任何强度(即临界值)的附近，决定了图形的存在/不存在。