離散源掩模優(yōu)化的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2013年2月25日遞交的美國臨時申請61/769, 015的權(quán)益，該申請 文件以引用的方式整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本文的說明書涉及光刻設(shè)備和過程，并且更具體地涉及優(yōu)化用于光刻設(shè)備和過程 的照射源和/或圖案形成裝置/設(shè)計(jì)布局的工具。
【背景技術(shù)】
[0004] 可以將光刻投影設(shè)備用在例如集成電路（1C)的制造中。在這種情形中，圖案形成 裝置（例如掩模）可以包含或提供對應(yīng)于1C的單個層的至少一部分的電路圖案（"設(shè)計(jì)布 局"），并且這一電路圖案可以通過例如穿過圖案形成裝置上的電路圖案輻射目標(biāo)部分的方 法，被轉(zhuǎn)移到已經(jīng)涂覆有輻射敏感材料（"抗蝕劑"）層的襯底（例如硅晶片）上的目標(biāo)部 分（例如包括一個或更多的管芯）上。通常，單個襯底包含被經(jīng)由光刻投影設(shè)備連續(xù)地、一 次一個目標(biāo)部分地將電路圖案轉(zhuǎn)移到其上的多個相鄰目標(biāo)部分。在一種類型的光刻投影設(shè) 備中，整個圖案形成裝置上的電路圖案一下子被轉(zhuǎn)移到一個目標(biāo)部分上，這樣的設(shè)備通常 稱作為晶片步進(jìn)機(jī)。在一種替代的設(shè)備（通常稱為步進(jìn)掃描設(shè)備）中，投影束沿給定的參 考方向（"掃描"方向）在圖案形成裝置上掃描，同時沿與該參考方向平行或反向平行的方 向同步移動襯底。圖案形成裝置上的電路圖案的不同部分漸進(jìn)地轉(zhuǎn)移到一個目標(biāo)部分上。 因?yàn)橥ǔ９饪掏队霸O(shè)備將具有放大率因子M(通?！?)，所以襯底被移動的速度F將是投影 束掃描圖案形成裝置的速度的M倍。關(guān)于在此處描述的光刻裝置的更多的信息可以例如參 見美國專利No. 6, 046, 792,在此處通過參考將其并入本文中。
[0005] 在將電路圖案從圖案形成裝置轉(zhuǎn)移至襯底之前，襯底可能經(jīng)歷各種工序，諸如涂 底、抗蝕劑涂覆以及軟焙烤。在曝光之后，襯底可能經(jīng)歷其它工序，例如曝光后焙烤（PEB)、 顯影、硬焙烤以及對所轉(zhuǎn)移的電路圖案的測量/檢驗(yàn)。這一系列的工序被用作為制造器件 (例如1C)的單個層的基礎(chǔ)。之后襯底可能經(jīng)歷各種過程，諸如蝕刻、離子注入（摻雜）、金 屬化、氧化、化學(xué)機(jī)械拋光等，所有的這些工序都是用于最終完成器件的單個層。如果器件 需要多個層，那么將不得不對于每一層重復(fù)整個工序或其變形。最終，器件將設(shè)置在襯底上 的每一目標(biāo)部分中。之后這些器件通過諸如切片或切割等技術(shù)，將這些器件彼此分開，據(jù)此 獨(dú)立的器件可以安裝在載體上，連接至引腳等。
[0006] 如注意到的，微光刻術(shù)是集成電路的制造中的核心步驟，其中在襯底上形成的圖 案限定了 1C的功能元件，諸如微處理器、存儲器芯片等。類似的光刻技術(shù)也用于形成平板 顯示器、微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)以及其它器件。
[0007] 隨著半導(dǎo)體制造工藝不斷發(fā)展，功能元件的尺寸被不斷地降低，同時每一器件的 功能元件（諸如晶體管）的數(shù)量在數(shù)十年來一直遵循通常稱為"摩爾定律"的趨勢而穩(wěn)步 地增長。在現(xiàn)有技術(shù)的情形下，通過使用光刻投影設(shè)備來制造器件的層，該光刻投影設(shè)備使 用來自深紫外照射源的照射將設(shè)計(jì)布局投影到襯底上，從而產(chǎn)生具有充分地低于lOOnm的 尺寸的獨(dú)立的功能元件，即該功能元件的尺寸小于照射源（例如，193nm照射源）的輻射的 波長的一半。
[0008] 印刷具有小于光刻投影設(shè)備的經(jīng)典的分辨率極限的尺寸的特征的過程，通常被稱 為低h光刻術(shù)，其基于分辨率公式CD = k:X A/NA，其中A是所采用的輻射波長（當(dāng)前在 大多數(shù)情形中是248nm或193nm)，NA是光刻投影設(shè)備中的投影光學(xué)裝置的數(shù)值孔徑，CD是 "臨界尺寸"（通常是所印刷的最小特征尺寸），以及h是經(jīng)驗(yàn)分辨率因子。通常，k i越小， 在晶片上復(fù)現(xiàn)圖案（類似由電路設(shè)計(jì)者為獲得特定的電功能和性能而設(shè)計(jì)的形狀和尺寸） 變得越困難。為了克服這些困難，復(fù)雜的精細(xì)調(diào)節(jié)步驟被應(yīng)用于光刻投影設(shè)備以及設(shè)計(jì)布 局。這些例如包括但不限于NA和光學(xué)相干性設(shè)定的優(yōu)化、定制的照射方案、相移圖案形成 裝置的使用、在設(shè)計(jì)布局中的光刻鄰近效應(yīng)校正（0PC，有時稱為"光學(xué)和過程校正"）或通 常被定義成"分辨率增強(qiáng)技術(shù)（RET)"的其它方法等。如此處使用的術(shù)語"投影光學(xué)裝置"應(yīng) 當(dāng)被廣義地解釋成包括各種類型的光學(xué)系統(tǒng)，例如包括折射式光學(xué)裝置、反射式光學(xué)裝置、 孔闌和折射反射式光學(xué)裝置。術(shù)語"投影光學(xué)裝置"還可以統(tǒng)一地或單獨(dú)地包括根據(jù)用于 引導(dǎo)、成形或控制輻射投影束的這些設(shè)計(jì)類型中的任一種進(jìn)行操作的部件。術(shù)語"投影光學(xué) 裝置"可以包括在光刻投影設(shè)備中的任何光學(xué)部件，而不管光學(xué)部件處于光刻投影設(shè)備的 光路上的哪一位置上。投影光學(xué)裝置可以包括用于在輻射穿過圖案形成裝置之前成形、調(diào) 整和/或投影來自源的輻射的光學(xué)部件，和/或用于在輻射穿過圖案形成裝置之后成形、調(diào) 整和/或投影輻射的光學(xué)部件。投影光學(xué)裝置通常不包括源和圖案形成裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 作為一個例子，光學(xué)鄰近效應(yīng)校正解決的問題是被投影到襯底上的設(shè)計(jì)布局的圖 像的最終尺寸和定位將不與圖案形成裝置上的設(shè)計(jì)布局的尺寸和定位一致或不僅僅只依 賴于圖案形成裝置上的設(shè)計(jì)布局的尺寸和定位。注意到，術(shù)語"掩模"、"掩模版"、"圖案形成 裝置"在此處是可以相互通用的。此外，掩模和掩模版可廣義地稱為"圖案形成裝置"。另 外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到，尤其是在光刻術(shù)模擬/優(yōu)化的情形中，術(shù)語"掩模" / "圖案 形成裝置"和"設(shè)計(jì)布局"可以相互通用，這是因?yàn)樵诠饪绦g(shù)模擬/優(yōu)化中，物理圖案形成裝 置不是必須使用的，而是可以用設(shè)計(jì)布局來代表物理圖案形成裝置。對于在一些設(shè)計(jì)布局 上出現(xiàn)的小的特征尺寸和高的特征密度，給定特征的特定邊緣的位置在一定程度上將受其 它鄰近特征的存在或不存在的影響。這些鄰近效應(yīng)由于從一個特征耦合至另一特征的微小 量的光而產(chǎn)生和/或由非幾何光學(xué)效應(yīng)（諸如衍射和干涉）產(chǎn)生。類似地，鄰近效應(yīng)可能 由在通常在光刻術(shù)之后的曝光后焙烤（PEB)、抗蝕劑顯影和蝕刻期間的擴(kuò)散和其它化學(xué)效 應(yīng)產(chǎn)生。
[0010] 為了使設(shè)計(jì)布局中的投影圖像與給定的目標(biāo)電路設(shè)計(jì)的需要一致，需要使用復(fù) 雜的數(shù)值模型針對于設(shè)計(jì)布局的校正或預(yù)變形來預(yù)測和補(bǔ)償鄰近效應(yīng)。文章"Full-Chip Lithography Simulation and Design Analysis-How 0PC Is Changing IC Design'，，C. Spence, Proc. SPIE，Vol. 5751，pp 1-14 (2005)提供了當(dāng)前的"基于模型的"光學(xué)鄰近效應(yīng)校 正過程的概述。在典型的高端設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)布局的大部分特征通常需要一些修改，用以實(shí)現(xiàn) 投影圖像對于目標(biāo)設(shè)計(jì)的高保真度。這些修改可以包括邊緣位置或線寬的位移或偏置以及 "輔助"特征的應(yīng)用，所述"輔助"特征用來輔助其它特征的投影。
[0011] 假定典型地在芯片設(shè)計(jì)中設(shè)置有數(shù)百萬個特征，則將基于模型的0PC應(yīng)用至目標(biāo) 設(shè)計(jì)涉及良好的過程模型和相當(dāng)大量的計(jì)算資源。然而，應(yīng)用0PC通常不是"精確的科學(xué)"， 而是經(jīng)驗(yàn)性的迭代過程，其不總是能補(bǔ)償所有可能的鄰近效應(yīng)。因此，0PC效果（例如在應(yīng) 用0PC和任何其它的RET之后的設(shè)計(jì)布局）需要通過設(shè)計(jì)檢查進(jìn)行驗(yàn)證，即，使用經(jīng)過校準(zhǔn) 的數(shù)值過程模型的透徹的全芯片模擬，用以最小化設(shè)計(jì)缺陷被引入圖案形成裝置圖案中的 概率。這是由在幾百萬美元的范圍內(nèi)運(yùn)行的制造高端圖案形成裝置的巨大成本驅(qū)動的，以 及由如果已經(jīng)制造了實(shí)際圖案形成裝置而重新加工或重新修復(fù)它們對周轉(zhuǎn)時間的影響所 驅(qū)動。
[0012] 0PC和全芯片RET驗(yàn)證都可以基于如例如在美國專利申請No. 10/815, 573和文章 題目為"Optimized Hardware and Software For Fast, Full Chip Simulation", Y. Cao et al.，Proc. SPIE，Vol. 5754, 405 (2005)中所描述的數(shù)值模型化系統(tǒng)和方法。
[0013] -種RET與設(shè)計(jì)布局的全局偏差的調(diào)節(jié)有關(guān)。全局偏差為設(shè)計(jì)布局中的圖案與打 算印刷在襯底上的圖案的差異。例如，25nm直徑的圓形圖案可以通過設(shè)計(jì)布局中的50nm直 徑的圖案印刷到襯底上，或者通過設(shè)計(jì)布局中20nm直徑的圖案而用大劑量印刷到襯底上。
[0014] 除了對設(shè)計(jì)布局或圖案形成裝置（例如0PC)的優(yōu)化之外，照射源也可以被優(yōu)化， 或者與圖案形成裝置優(yōu)化一起進(jìn)行優(yōu)化或單獨(dú)地進(jìn)行優(yōu)化，致力于改善整體的光刻保真 度。在本文中術(shù)語"照射源"和"源"可以相互通用。自20世紀(jì)90年代起，已經(jīng)引入了許多 離軸照射源（諸如環(huán)形的、四極以及雙極的），并且為0PC設(shè)計(jì)提供了更大的自由度，從而改 善了成像結(jié)果。已知，離軸照射是一種分辨包含在圖案形成裝置中的精細(xì)結(jié)構(gòu)（即目標(biāo)特 征）的經(jīng)證實(shí)的方式。然而，在與傳統(tǒng)的照射源相比較時，離軸照射源通常為空間圖像（AI) 提供較低的光強(qiáng)度。因此，需要試圖優(yōu)化照射源，以在更精細(xì)的分辨率和降低的光強(qiáng)度之間 獲得優(yōu)化的平衡。
[0015] 例如，在 Rosenbluth 等題目為 "Optimum Mask and Source Patterns to Print A Given Shape"，Journal of Microlithography, Microfabrication, Microsystems l(l)，pp. 13-20,（2002)的文章中，可以發(fā)現(xiàn)諸多的照射源優(yōu)化方法。所述源被細(xì)分成多 個區(qū)域，每一區(qū)域?qū)?yīng)于光瞳光譜的特定區(qū)域。之后，假定源分布在每一源區(qū)域中是均勻 的，且對于過程窗口優(yōu)化每一區(qū)域的亮度。然而，這樣的假定"源分布在每一源區(qū)域中是 均勻的"不總是有效的，因此這一方法的有效性受到影響。在Granik的題目為"Source Optimization for Image Fidelity and Throughput'，, Journal of Micro lithography, Mi crofabrication, Microsystems 3 (4)，pp. 509-522，（2004)的文章中闡述的另一例子中，綜 述了幾個現(xiàn)有的源優(yōu)化方法，提出了基于照射器像素的方法，該方法將源優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換成 一系列非負(fù)的最小二乘優(yōu)化。雖然這些方法已經(jīng)證實(shí)了一些成功，但是它們典型地需要多 個復(fù)雜的迭代以收斂。另外，可能難以為一些額外的參數(shù)（諸如在Granik方法中的y)確 定適合的值/優(yōu)化的值，這些額外的參數(shù)規(guī)定了在為襯底圖像保真度對源進(jìn)行的優(yōu)化和源 的平滑度要求之間的折衷。
[0016] 對于低h光刻術(shù)，對源和圖案形成裝置的優(yōu)化對于確保用于臨界電路圖 案的投影的可行的過程窗口是非常有用的。一些算法（例如Socha等.Proc. SPIE vol. 5853, 2005, p. 180)使得照射離散成獨(dú)立的源點(diǎn)和使掩模離散成空間頻率域中的衍射 級，和基于過程窗口度量（諸如曝光寬容度）獨(dú)立地用公式表達(dá)成本函數(shù)（其被定義為所 選擇的設(shè)計(jì)變量的函數(shù)），所述過程窗口度量可以通過光學(xué)成像模型由源點(diǎn)強(qiáng)度和圖案形 成裝置衍射級進(jìn)行預(yù)測。此處使用的術(shù)語"設(shè)計(jì)變量"包括光刻投影設(shè)備的一組參數(shù)，例如 光刻投影設(shè)備的使用者可以調(diào)節(jié)的參數(shù)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，光刻投影設(shè)備的任何特性（包括源、 圖案形成裝置、投影光學(xué)裝置和/或抗蝕劑特性中的這些特性）在優(yōu)化中可以在設(shè)計(jì)變量 之中。成本函數(shù)通常是設(shè)計(jì)變量的非線性函數(shù)。之后標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化技術(shù)用于最小化成本函數(shù)。
[0017] 相關(guān)地，不斷緊縮的設(shè)計(jì)規(guī)則的壓力已經(jīng)驅(qū)動半導(dǎo)體芯片制造者更深地進(jìn)入到具 有已有的193nm ArF光刻術(shù)的低ki光刻術(shù)時代。朝向較低的ki的光刻術(shù)對分辨率增強(qiáng)技 術(shù)（RET)、曝光工具以及光刻友好設(shè)計(jì)的需要提出了很高的要求。在將來可能使用1.35ArF 的超高數(shù)值孔徑（NA)曝光工具。為了幫助確保可以用可工作的過程窗口來將所述電路設(shè) 計(jì)印刷到襯底上，源-圖案形成裝置優(yōu)化（本文稱作源-掩模優(yōu)化或SM0)成為了對于2x nm節(jié)點(diǎn)所需要的重要的RET〇
[0018] 源和圖案形成裝置優(yōu)化方法和系統(tǒng)允許使用成本函數(shù)沒有約束地且在實(shí)際可行 的時間量內(nèi)同時優(yōu)化源和圖案形成裝置，其在共同轉(zhuǎn)讓的于2009年11月20日申請的國際 專利申請 No. PCT/US2009/065359、并且公開號為 W02010/059954 的題目為"Fast Freeform Source and Mask Co-Optimization Method"中進(jìn)行了描述，通過引用將其全部內(nèi)容并入本 文中。