CN112257270B 一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法、负显影光刻胶模型、opc模型及电子设备 （东方晶源微电子科技(北京)股份有限公司）

(19)国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号CN112257270B(65)同一申请的已公布的文献号(73)专利权人东方晶源微电子科技(北京)股份有限公司地址100176北京市大兴区北京经济技术开发区经海四路156号院12号楼(72)发明人高世嘉谢理(74)专利代理机构深圳市智享知识产权代理有限公司44361专利代理师罗芬梅IN2007DELNP08237A1,2008.07.04审查员庄敏一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方发明涉及集成电路光刻技术领域，尤其涉及一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法、负影光刻工艺的全芯片快速仿真方法，基于弹性力学对光刻胶的形变进行分析，设定应力、应变之一者作为光刻胶形变量的等效以获得等效方程，选用泰勒展开式对所述等效方程进行近似计算以获得应力或者应变的近似值，根据所述近似值对光场分布进行调整以获得合适的酸浓度分布，使得曝光图形和目标图形最接近，能很好的对热收缩效应过程中光刻胶的形变进行分析，提高光刻计算过程中的准确性，同时，采用泰勒展开式通过光学模型得到光刻胶的光场分布，设定光场分布为通过光学模型得到光刻胶的光场分布，设定光场分布为E(x,y),且设定光刻胶中酸浓度的分布为光场分布的函数，设定光刻胶在后烘过程中的热收缩效应为弹性形变，基于弹性力学对光刻胶的弹性形变进行分析，设定应力、应变之一者作为光刻胶形变量的等效以获得等效方程，所述等效方程为微分选用泰勒展开式对所述等效方程进行近似计算以获得应力或者应变的近似值，根据所述近似值对光场分布进行调整以获得合适的酸浓度分布21.一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、通过光学模型得到光刻胶的光场分布，设定光场分布为E(x,y),且设定光刻胶中酸浓度的分布为光场分布的函数，即S(x,y)=F(E(x,y));S2、设定光刻胶在后烘过程中的热收缩效应为弹性形变，基于弹性力学对光刻胶的弹性形变进行分析，设定应力、应变之一者作为光刻胶形变量的等效以获得等效方程，所述等S3、选用泰勒展开式对所述等效方程进行近似计算以获得应力或者应变的近似值，根据所述近似值对光场分布进行调整以获得合适的酸浓度分布。2.如权利要求1所述的负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法，其特征在于：根据连续性假设，弹性体在变形前和变形后仍保持为连续体，假设弹性体中某点在变形过程中由位置M(x,y,z)移动至M'(x',y′,z′),这一过程为连续过程，所有位移满足方程：其中u(x,y,z)=x′(x,y,z)-x,v(x,y,z)=y'(x,y,z)-y,w(x,y,z)=z'(x,y,z)-z,其在上述步骤S2中，所述等效方程的获得包括如下步骤：S21、外力通过平衡方程与应力形成相互关联，应力通过物理方程与应变形成相互关S22、基于光刻胶的厚度尺寸较薄，将所述光刻胶设定为一个平面，从而对所述平衡方程、所述物理方程以及所述几何方程简化。3.如权利要求2所述的负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法，其特征在于：基于简化后的几何方程获得关于应变与位移之间形成关联的等效方程。4.如权利要求3所述的负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法，其特征在于：以下公式中涉及到的符号定义均与弹性力学中的定义一致；在上述步骤S22中，将所述光刻胶设定为一个平面时对应设定σ₂=0,Tzx=0,Tzy=0,可以推导出应力分量为：应变分量为：简化后的平衡方程为：3方程如下：7.一种负显影光刻胶模型，其特征在于：基于如权利要求1-6中任一项所述的一种负4存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1—6中任一项所述的负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法。5一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法、负显影光刻胶[0001]发明涉及集成电路光刻技术领域，尤其涉及一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿[0002]光刻工艺是现代超大规模集成电路制造过程中最重要的制造工艺，即通过光刻机将掩模上集成电路的设计图形转移到硅片上的重要手段。随着特征尺寸逐渐缩小，可用于制造的工艺窗口越来越小，整个光刻工艺过程都需要做到精准控制，对计算光刻精确程度的要求也越来越高。准确的计算光刻模型可以从理论上探索增大光刻分辨率和工艺窗口的[0003]而目前比较先进的光刻胶技术均为负向显影。负向显影技术在建模的过程中有别于正向显影技术。在正向显影技术中，光刻胶的形变主要取决于光刻胶经过光照反应后的酸的分布，也就是光场的分布。由于计算光刻的成像光学仿真过程可以较为准确的基于物理成像模型计算出，所以，对于正向显影的光刻胶建模容易得到较为准确的结果。而在负向显影的光刻胶中，由于后烘过程光刻胶的热收缩效应，光刻胶会产生超出光场分布的额外形变，而这部分形变是十分难以捕捉的，同时这种效应对于负向显影光刻胶的建模又是十分重要的。而对于全芯片来说，一个芯片的尺寸最大可达32mm*26mm,其中最小图形的线宽可能只有10nm,一个光刻层的版图文件可达几百个GB,所以模型速度又是非常关键的技术指标。所以需要一种兼顾准确程度和速度的模型对负向显影光刻胶进行模拟仿真。[0004]为克服现有光刻技术中对负向显影光刻胶进行模拟仿真的准确性差以及优化速度低的缺陷，本发明提供一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法、负显影光刻胶模型、[0005]为了解决上述技术问题，本发明提供一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方定光刻胶中酸浓度的分布为光场分布的函数，即S(x,y)=F(E(x,y));S2、设定光刻胶在后烘过程中的热收缩效应为弹性形变，基于弹性力学对光刻胶的弹性形变进行分析，设定应力、应变之一者作为光刻胶形变量的等效以获得等效方程，所述等效方程为微分方程；及S3、选用泰勒展开式对所述等效方程进行近似计算以获得应力或者应变的近似值，根据所述近似值对光场分布进行调整以获得合适的酸浓度分布。[0006]优选地，根据连续性假设，弹性体在变形前和变形后仍保持为连续体，假设弹性体中某点在变形过程中由位置M(x,y,z)移动至M’(x',y',z’),这一过程为连续过程，所有位移满足方程：6[0008]其中u(x,y,z)=x'(x,y,z)-x,v(x,y,z)=[0009]在上述步骤S2中，所述等效方程的获得包括如下步骤：S21、外力通过平衡方程与应力形成相互关联，应力通过物理方程与应变形成相互关联，应变通过几何方程与位移形成相互关联；及S22、基于光刻胶的厚度尺寸较薄，将所述光刻胶设述平衡方程、所述物理方程以及所述几何方程简化。[0010]优选地，基于简化后的几何方程获得关于应变与位移之间形成关联的等效方程。[0011]优选地，以下公式中涉及到的符号定义均与弹性力学中的定义一致，因此不再一一定义；在上述步骤S22中，将所述光刻胶设定为一个平面时对应设定σ₂=0,Tzx=0,Tzy=0,w=0;可以推导出应力分量为[0013]应变分量为[0017]简化后的几何方程为：[0019]其中，αx0,、02分别对应x方向、y方向和z方向的正应力；Txy表示x面上y方向的剪应力、Tzx表示z面上x方向的剪应力、Tzy表示z面上y方向的剪应力、Tyx表示y面上x方向7[0025]本发明为了解决上述技术问题还提供一种电子设备，其包括一个或多个处理[0028]本发明提供的负显影光刻胶模型、0PC模型以及电子设备同样具有如上所述的有[0029]图1是本发明第一实施例中提供的负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法的流程[0031]图3是本发明第一实施例中提供的负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法中步骤[0033]图5是本发明第二实施例提供的负显影光刻胶模型对初始光场分布优化之后的光8[0034]图6A是本发明第三实施例提供的OP[0035]图6B是本发明第三实施例提供的OPC模型拟合所使用的B组测量点的示意图；[0036]图6C是本发明第三实施例提供的OPC模型拟合所使用的C组测量点的示意图；[0037]图6D是本发明第三实施例提供的OPC模型拟合所使用的D组测量点的示意图；[0038]图6E是本发明第三实施例提供的OPC模型拟合所使用的E组测量点的示意图；[0039]图7是本发明第三实施例提供的OPC模型拟合所使用的A组—E组获得的均方根的柱状对比图；[0040]图8是本发明第四实施例中提供的电子设备的模块示意图；[0041]图9是适于用来实现本发明实施例的服务器的计算机系统的结构示意图。【具体实施方式】[0042]为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0043]请参阅图1,本发明第一实施例提供负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法，包括如下步骤：[0044]S1、通过光学模型得到光刻胶的光场分布，设定光场分布为E(x,y),且设定光刻胶中酸浓度的分布为光场分布的函数，即S(x,y)=F(E(x,y))。[0045]在本步骤中，负向显影技术是一种图像反转的显影技术，它与传统的显影技术相反，通过使用特殊的有机溶剂显影可以借助由传统的正型光刻胶来得到负向的图像。该技术中所使用的光刻胶组合物含有树脂和光产酸剂，其中，树脂结构具有酸不稳定或者酸可裂解的有机基团，在曝光后的烘焙中，曝光区域在光产酸剂受到光照所产生的酸的作用下，树脂中不稳定基团或酸可裂解基团断裂，由疏水性转变为亲水性，从而使得其在有机溶剂中溶解度降低，而未曝光部分仍保持在有机溶剂中溶解度高的性质，因而在显影过程中能够被有机溶剂制成的显影液除去。因此，与传统的正型光刻胶显影过程中曝光部分被溶解相反，该技术使得正型光刻胶在显影时非曝光部分被溶解，曝光部分被保留。[0046]因此，可以获知曝光之后的图像分布和形状与酸的分布直接关联，而酸的分布直接关联于光场的分布情况。因此，设定光刻胶中酸浓度的分布为光场分布的函数。在制备芯片的过程中，对应调节光场分布的参数即可调整对应的曝光图像的质量。[0047]请再次参阅图1,负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法还包括如下步骤：[0048]S2、设定光刻胶在后烘过程中的热收缩效应为弹性形变，基于弹性力学对光刻胶的弹性形变进行分析，设定应力、应变之一者作为光刻胶形变量的等效以获得等效方程，所述等效方程为微分方程。[0049]在本步骤中，光刻胶通常为包括高分子的树脂材料，其具有一定的弹性，因此，可以设定光刻胶为具有一定弹性的弹性体材料，从而设定光刻胶在后烘过程中的热收缩效应为弹性形变。基于弹性力学对光刻胶的弹性形变进行分析，根据分析结果反馈调节光场分布，从而获得合适的酸浓度分布，以获得复合要求的曝光图像。[0050]具体分析的过程中，可以设定应力、应变之一者作为光刻胶形变量的等效以获得等效方程。9[0051]请参阅图2,在具体的分析过程中，可以将光刻胶分成若干个微分单元体，根据弹性力学分析，每一个微分单元体有三个正应力o,0,,o₂,六个剪应力Txy,Txz,Tyx,Tyz,Tzx,Tzy,其中正应力的方向由法线方向确定，剪应力的第一个下标代表作用面，第二个下标代表作用方向。关于正应力和剪应力的符号是对应弹性力学教科书上的符号定义一致。以下出现的关于弹性力学的指标符号也均与弹性力学教课书上的定义一致，因此，不再做过多的解释。[0052]根据剪应力互等定理有Txy=Tyx,Tyz=Tzy,Txz=Tzx。[0055]由于微分单元体的形变，微分单元体会产生正应变和剪应变。其中微分单元体棱边的伸长和缩短为正应变，棱边与夹角的变化为剪应变，故得到三个正应变分量，&,&y,e₂,三个剪应变分量，Yxy,λy,Yzx,即可得到应变分量如下：[0057]而弹性力学的应变通常又叫做位移。根据连续性假设，微分单元体，也即弹性体在变形前和变形后仍保持为连续体。假设弹性体中某点在变形过程中由M(x,y,z)移动至M'(x',y',z’),这一过程为连续过程，所有位移满足方程：[0060]请参阅图3,在上述步骤S2中，所述等效方程的获得包括如下步骤：[0061]S21、外力通过平衡方程与应力形成相互关联，应力通过物理方程与应变形成相互[0062]S22、基于光刻胶的厚度尺寸较薄，将所述光刻胶设定为一个平面，从而对所述平衡方程、所述物理方程以及所述几何方程简化。[0063]在上述步骤S21中，在弹性力学中，外力通过平衡方程可以与应力形成相互关联，应力通过物理方程可以与应变形成相互关联，应变通过几何方程可以与位移形成相互关[0064]其中平衡方程为：[0067]物理方程为：[0069]几何方程为：[0072]当将光刻胶设定为一个平面时，有σ₂=0,Tzx=0,Tzy=0,w=0,所以上面的方程进行分析。[0088]S3、选用泰勒展开式对所述等效方程进行近似计算以获得应力或者应变的近似[0094]在本实施例中提供的泰勒展开公式仅仅是一个示例，不做为限定。在其他实施例[0095]需要说明的是：选取泰勒展开各阶子项对收缩效应进行拟合计算，由于泰勒展开各阶子项均为相对简单表达式，从而可以实现快速计算，对于全芯片的建模来说，拥有可表示的相对简洁的后向传播表达式，可以满足我们对速度的要求，同时也能保证准确性。[0096]本发明第二实施例提供一种负显影光刻胶模型，其基于如第一实施例提供的负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法获得。[0097]请参阅4和图5,在图4中为初始时选定一块掩模版图区域，生成一个512*512的掩模版图像，对应为图中的每个方格的M区域，然后通过步骤S1中所述的光学模型，得到它的操作对光场分布进行处理，得到模拟的经过热收缩效应之后的图像，在调整的过程中，往往需要多次的反复调整方能得到合适的广场分布，以获得合格的曝光图形。图5对应为调整至光场分布达到最优时的光场分布图像，其中光亮度对应变为T11和T21。通过图5和图4的对比可以很清晰的看出，端点处有很明显的向线段挤压的效应，长线段和端点相对应的地方有很明显的向内收缩。[0098]本发明第三实施例提供一种OPC模型，其包括初始OPC模型和如第二实施例所提供的负显影光刻胶模型。一般初始0PC模型包括背景光强度分布函数、光强梯度函数、光强曲线函数、光碱分布函数、以及光酸分布函数等。加入如上所述的负显影光刻胶模型之后，其能很好的适应于负性光刻胶工艺，能很好的模拟和计算负型光刻胶的热收缩效应，提高光刻工艺的准确性。[0099]请参阅图6A至6E,共提供818个监测点(gauges)对获得的OPC模型进行拟合。其中，包括如图6A-6C所述的在一维掩模下的608个监测点，分别命名为A组(groupA)、B组监测点。还包括如图6D和6E所示的二维掩模下的210个监测点，分别命名为D组(groupD)、E测点在没有经过模型处理时的均方根为(AI):4.319(RMS),经过负向显影模型处理之后为(NTD):1.289(RMS),经过正向显影模型处理之后为(PTD):2.025(RMS)。[0100]每一组对应的均方根(RMS)为(如下表格):组别[0102]综合以上数据可以看出，在通过基于负向光刻胶模型建立的OPC模型模拟之后获得的均方根数值较小，所述的OPC模型具有较优[0103]请参阅图7,其对应为上述表格中的柱状图，从柱状图可以更加直观的看出三者之间的明显差异。[0104]请参阅图8,本发明的第四实施提供一种电子装置300,其包括一个或多个处理器[0105]存储装置301,用于存储一个或多个程序，[0106]当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器302执行，使得所述一个或多个处理器302实现如第一实施提供的一种负显影光刻工艺的全芯片快速仿真方法的任一步骤。[0107]下面参考图9,其示出了适于用来实现本发明实施例的终端设备/服务器的计算机系统800的结构示意图。图5示出的终端设备/服务器仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。[0108]如图9所示，计算机系统800包括中央处理单元(CPU)801,其可以根据存储在只读存储器(ROM)802中的程序或者从存储部分808加载到随机访问存储器(RAM)803中的程序而执行各种适当的动作和处理。在RAM803中，还存储有系统800操作所需的各种程序和数据。线804。[0109]以下部件连接至I/0接口805:包括键盘、鼠标等的输入部分806;包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部分807;包括硬盘等的存储部分808;以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信部分809。通信部分809经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器810也根据需要连接至I/0接口805。可拆卸介质811,诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器810的计算机程序根据需要被安装入存储部分808。[0110]根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分809从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质811被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)801执行时，执行本发明的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本发明所述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是一但不限于一存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算的任意合适的组合。[0111]可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本申请的操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言一诸如Java、Smalltalk、C++,还包括常规的过程式程序设计语言一诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。[0112]附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。[0113]上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被该装置执行时，使得该