基于模型的过程模拟的方法

专利名称：基于模型的过程模拟的方法
技术领域：
本申请主要涉及执行基于模型的扫描器调整和优化的系统和方法，尤其涉及对多 光刻系统的性能的优化。
背景技术：
可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。掩模包含对应于所述IC的单层的 电路图案，并且可以将该图案成像到已经覆盖有辐射敏感抗蚀剂材料层的硅晶片衬底上的 包括一个或多个管芯的目标部分上。通常，单独的晶片将包含相邻目标部分的网络，所述相 邻目标部分通过投影系统一次一个地被连续辐射。在一种类型的光刻投影设备(通常被 称为晶片步进机)中，通过将全部掩模图案一次曝光到所述目标部分上来辐射每一目标部 分。在步进-扫描设备中，通过沿给定的参考方向或“扫描”方向在投影束下面逐步扫描掩 模图案的同时，沿与该方向平行或反向平行的方向同步地扫描所述衬底台来辐射每一目标 部分。在具有放大率因子(magnification factor)M(通常M < 1)的投影系统中，衬底台 扫描的速度V将是掩模台扫描的速度的M倍。这里所述的更多有关光刻装置的信息可以从 例如US专利No. 6，046，792中得到，在这里以参考的方式将其内容并入本文中。在使用光刻投影设备的制造过程中，掩模图案被成像到至少部分地由辐射敏感抗 蚀剂材料层所覆盖的衬底上。在该成像步骤之前，衬底可以经过多种工序，例如涂底料、抗 蚀剂涂覆和软烘烤。在曝光之后，衬底可以经过其它工序，例如曝光后烘烤(PEB)、显影、硬 烘烤和成像特征的测量/检验。这一系列的工序被用作对器件(例如IC)的单层进行图案 化的基础。然后，这样的图案化层可以经过多种工艺，例如蚀刻、离子注入或掺杂、金属化、 氧化、化学-机械抛光等，用于完成一个单层。如果需要几个层，则对于每个新的层必须重 复整个工序或其变体。最后，在衬底晶片上将形成器件的阵列。然后，这些器件通过例如切 片(dicing)或切割的技术彼此分离开，然后独立的器件可以安装到连接到插脚等的载体 上。投影系统(下文称为透镜)包括各种类型的投影系统，包括例如折射式光学装置、 反射式光学装置和反射折射式系统，且可以包括一个或更多的透镜。所述透镜还可以包括 用于引导、成形或控制投影辐射束的辐射系统的部件。并且光刻设备可以是具有两个或更 多的衬底台和/或两个或更多的掩模台的类型。在这种“多平台”的装置中，附加的台可以 并行地使用，和/或者可以在特定台上执行预备步骤的同时将其它台用于曝光。例如，在US 专利No. 5，969，441中描述了双平台光刻设备，在这里以引用的方式将其内容并入本文中。
上面提及的光刻掩模包括对应于将要被集成到硅晶片上的电路部件的几何图案。 用来形成这种掩模的图案使用CAD (计算机辅助设计)程序来生成，这种过程通常被称为 EDA(电子设计自动化)。大多数CAD程序遵循一系列预定的设计规则以便产生功能化掩 模。这些规则通过加工和设计限制来设定。例如，设计规则限定电路器件(例如栅极、电容 等)或互连线之间的空间容许量，使得确保电路器件或线不会彼此以不希望的方式相互作 用。设计规则限制被称为“临界尺寸”(CD)。电路的临界尺寸可以被定义成线或孔的最小 宽度或两条线或两个孔之间的最小间隔。因此，CD决定所设计的电路的总体尺寸和密度。 当然，集成电路制造中的目标之一是通过掩模在晶片上忠实地复制原始电路设计。通常，可以从用不同类型的光刻系统(例如扫描器)将对给定图案进行成像的共 同过程来获得优点，而不必花费相当大量的时间和资源来确定每一个光刻系统的必须的设 定，以实现优化的/可接受的成像性质。在最初建立用于特定扫描器的过程时，设计者和工 程师可能花费相当大量的时间和资金来确定光刻系统的优化的设置，所述设置包括数值孔 径(“NA”)、oin, o。ut等，以获得满足预定设计要求的图像。通常，采用反复试验的过程， 其中选择了扫描器设定，期望的图案被成像，之后被测量以确定是否输出图像落入到规定 的公差内。如果输出图像在公差之外，那么扫描器设定被调整，图案被再次成像且被测量。 这一过程被重复，直到所获得的图像在规定的公差内为止。然而，成像到衬底上的实际图案可能由于在使图案成像时由不同的扫描器显示的 不同的光学临近效应(“ΟΡΕ”)在扫描器间变化，甚至在扫描器是同一型号时也有可能出 现。例如，与特定扫描器相关联的不同的OPE可能通过节距引入显著的CD变化。因此，通 常不可能在扫描器之间切换，和获得相同的成像图案。因此，在预期获得满足设计要求的最 终获得的图像的情况下使用新的或不同的扫描器来印刷图案时，工程师必须优化或调整新 的扫描器。当前，通常使用昂贵的耗时的反复试验过程，来调整过程和扫描器。

发明内容
本发明的特定实施例包括用于类型、单元或设定之间的扫描器差别的模拟的系统 和方法。在一个实施例中，所述方法包括校准扫描器模型，所述扫描器模型对于一组可调整 的参数限定了灵敏度。在另一实施例中，微分模型被校准，其中微分模型表示目标扫描器与 参考物、与扫描器内的测量装置和/或晶片量测器的偏差。在一些实施例中，基于模型的过程模拟包括相对于参考扫描器的性能限定一类 相关的扫描器的性能。所述一类扫描器可能包括被单个厂商制造的且属于同一型号的扫描 器。所述一类扫描器可以包括由不同的厂商制造的扫描器，其中所述扫描器包括至少一些 功能上类似的元件。本发明的特定实施例通过使用针对物理扫描器的调整模型改善了对整个芯片的 模拟。一些实施例维持了用于识别扫描器的灵敏度与一组可调整的参数的模型，且使用所 述模型以响应于扫描器设定变化来模拟临界尺寸的变化。获得一组模拟的晶片轮廓，其可 以被分析以提供预定的临界尺寸的虚拟测量。在一些实施例中，在模拟的芯片中识别的临 界尺寸违背(Violation)可以通过以对参考扫描器的物理调整进行仿真的方式调整参考 模型来解决。虚拟测量和调整的模拟、计算的迭代可以被执行，直到虚拟测量充分地收敛到 一组期望的或预期的测量上为止。收敛可以通过考虑临界尺寸的违背、公差的违背以及由芯片设计者设定的优先级来指示。在一些实施例中，包括虚拟测量的模拟结果可以被提供至设计者和/或设计系统 (诸如掩模布局系统)。模拟结果可以识别不能完全消除的芯片设计中的热斑。新的芯片 设计之后可以通过将虚拟测量认为是由物理扫描器获得的实际测量来产生。模拟结果可以 进一步地在被配置成产生模拟结果时识别扫描器的调整限制，这些限制可能进一步影响芯 片的再设计。在特定实施例中，芯片设计可以针对于在多个扫描器上的可制造性而被进行模 拟。对应于其它扫描器的微分模型可以提供对参考扫描器和其它扫描器之间的差别进行分 类的校准和灵敏度信息。芯片设计可以被模拟和改变以确保多个扫描器中的任一个可以被 调整以在制造期间获得期望的产率。本发明的方面允许分离模型校准和调整，和提供微分模型校准的方法。在模拟期 间所识别的设计中的热斑可以被包含在调整量的计算中。整体应用-特定调整和验证可以 被定义，包括基于OPC验证的灵敏度(阈值)设定方法。本发明自身以及另外的目的和优点，可以通过参考随后的详细描述和示意性的附 图被更好地理解。


图1示出了根据本发明的特定方面的光刻模型。图2示出了根据本发明的特定方面的用于校准光刻模型的整体程序。图3示出了根据本发明的特定方面的用于产生、调整以及优化微分光刻模型的过程。图4示出了根据本发明的特定实施例的根据由扫描器量测器所补充的扫描器模 型来模拟和预测光学参数的过程的例子。图5示出了根据本发明的特定方面的灵敏度建模。图6示出了根据本发明的特定方面的用于校准多个扫描器的微分模型的过程。图7图示出本发明的特定实施例中的基础模型参数和衍生模型参数之间的关系。图8示出了根据本发明的特定方面的来自微分模型的模拟轮廓的产生。图9是示出根据本发明的特定方面的计算机系统的方块图。图10示意性地示出了根据本发明的特定方面的光刻投影设备。
具体实施例方式现在参考附图，将详细地描述本发明的实施例，附图被提供用作说明性的例子，以 便使得本领域的技术人员能够实施本发明。注意到，在下文中附图和例子不是要将本发明 的范围限制成单个实施例，而是通过相互交换描述的或示出的元件中的一些或全部的方 式，其它的实施例也是可以的。在便利的情况下，在整个附图中将使用相同的参考标记，以 表示相同的或类似的部件。在这些实施例中的特定元件可以通过使用已知的部件来部分地 或完全地实施的情况下，将仅描述对理解本发明所必须的这样的已知部件的这些部分，并 将省略对这样的已知部件的其它部分的详细描述，以便不混淆本发明。在本发明的说明书 中，显示单个部件的实施例不应当被认为是限制性的，相反，本发明是要包含包括多个同样的部件的其它实施例，反之亦然，除非在此处另外地具有明确地描述。此外，申请人不是要 将说明书或权利要求中的任何术语规定成不常见的或特定的意思，除非同样地明确地进行 了阐述。另外，本发明包括对通过图示的方式在本文中表示的部件的当前的和未来的已知 的等同物。在本发明的特定实施例中，采用全芯片晶片模拟和验证作为对扫描器调整的全芯 片晶片测量的替代或补充。在模拟期间使用的模型可能包括灵敏度模型和微分模型。灵敏 度模型描述了响应于调整输入的扫描器的成像行为的变化(即当调节旋钮时)。在已知设 定的情况下微分模型描述了光刻过程的行为的差别且对光刻过程的行为的差别进行参数 化。微分模型的校准使用扫描器传感器数据(诸如琼斯光瞳、照射器映射等)以及晶片量 测器数据。图1示出了根据本发明的特定方面的光刻模型10。光刻模型包括掩模模型100、 光学模型102和抗蚀剂模型104。在一些实施例中，光刻模型还包括蚀刻模型，为了简明，其 没有在附图中示出。掩模模型可以反映多个掩模参数120中的变化所引入的改变，光学模 型102可以受光学参数122的变化的影响，抗蚀剂模型104可以受抗蚀剂参数124的设定 的控制。可以将模型10用于预测抗蚀剂轮廓164，或如果包含了蚀刻模型分量，那么将由掩 模设计140产生蚀刻后轮廓。由掩模参数120配置成的掩模模型100产生了预测的掩模图 像160，所述预测的掩模图像160在被提供至光学模型102时基于光学参数122产生了模拟 的光学图像162。由抗蚀剂参数IM配置成的抗蚀剂模型104可以用于从模拟的光学图像 162预测抗蚀剂轮廓164。如果由蚀刻参数配置成的蚀刻模型被包含的话，则所述蚀刻模型 可以用于从抗蚀剂轮廓164预测蚀刻后轮廓。光学参数122包括可调整的和不可调整的参数，其中“可调整的参数”表示可以在 扫描器上进行调整的旋钮(knob)(诸如NA，数值孔径)，而“不可调整的参数”表示不能被 调整的扫描器参数(诸如用于典型的扫描器设计的琼斯光瞳)。本发明的方法不依赖于哪 些参数在扫描器上是可调整的或是不可调整的。为了模型校准的目的，可以调节不可调整 的和可调整的参数，直到由所述模型产生的图像与由参考扫描器产生的实际成像结果匹配 为止。在模型校准中对参数的调整受这些参数的知识的程度支配，而不是可调整性。例如， 如果照射光瞳的精确测量可以经由扫描器量测器来实现，那么可以在模型校准中直接使用 这样的测量，而不进行进一步的调整。另一方面，在没有经由扫描器量测器进行直接测量的 情况下，参数被优化，用于拟合晶片数据。可以通过使用集成透镜干涉仪，来执行扫描器量 测器测量。在实施例中，集成透镜干涉仪是波前传感器，且用于测量每一场点的透镜像差。 波前传感器基于切变干涉术的原理，且包括源模块和传感器模块。源模块具有铬图案化层， 其被放置在投影系统的物平面上和具有设置在铬层上方的额外的光学装置。所述组合为投 影系统的整个光瞳提供辐射波前。传感器模块具有放置在投影系统的像平面上的铬图案化 层和放置在所述铬层后面一定距离处的照相机。传感器模块上的铬图案化层将辐射衍射成 多个衍射级，所述衍射级相互干涉从而产生了干涉图。干涉图由照相机来测量。投影透镜 中的像差可以基于测量的干涉图由软件来确定。图2示出了校准光刻模型222的整个程序。一个或更多的掩模设计200可以被用 于校准。尽管其它实施例通过利用用于生产使用而产生的掩模设计进行校准，但是可能在 一些实施例中专门地产生用于校准的掩模设计200。在光刻模型222中使用的模型化的掩模、光学和抗蚀剂参数220被选择用于反映在光刻过程242中使用的掩模、光学和抗蚀剂效 应M0。最终获得的模拟的抗蚀剂轮廓2M和测量的抗蚀剂轮廓244可以被比较和分析，参 数220可以被优化，以最小化模拟的和测量的轮廓之间的差别。可以利用价值函数260进 行分析，其将在下文中被更加详细地描述。在特定实施例中，考虑且平衡所有测量和它们各自的不确定性，包括晶片量测器 (CD-SEM测量和轮廓、散射术等)和扫描器数据(被设计的或被测量的)，模型校准过程被 公式化为最大似然问题。在特定实施例中，校准过程是可迭代的，由此模型参数被可重复地 调整以获得提供由模型所产生的成像结果的校准，所述成像结果被确定以足够接近实际晶 片数据。可以建立预定义的误差标准，和/或可以定义或量化“最佳匹配可能”标准。在特 定的实施例中，可以使用模拟扫描器的成像性能的任何适合的模型，包括例如由美国专利 No. 7，003，758的系统和方法所提供的模型。绝对精度与微分精度比对对于传统的基于模型的OPC应用，重点很大程度上放在在名义曝光条件下典型地 对⑶-SEM测量的绝对预测精度上。随着在过程窗口上的OPC验证和过程-窗口 -感知 的OPC的出现，重点被扩展以覆盖过程窗口上的预测精度(美国专利申请No. 11/461,994, “System and Method For Creating a Focus-Exposure Model of a Lithographic ftx)CeSS (用于产生光刻过程的焦点曝光模型的系统和方法”)。然而，品质因数(figure of merit)保持了测量的和预测的⑶之间的差别。对于包括匹配和性能优化的基于模型的扫描器调整来说重点需要有所不同。感兴 趣的量包括由扫描器设定变化引起的CD差别、扫描器间的差别和/或过程间的差别。所 述量典型地在几纳米或更小的量级上是可测量的，其与典型的OPC模型的绝对精度是可比 的。建模、模拟和预测这样的差别，与OPC建模的要求相比，对模型精度施加了不同的要求。 本发明的特定实施例采用了新的算法，其解决了且满足了这些不同的要求。图3示出了用于产生、调整和优化微分光刻模型322的过程。掩模设计300被提 交，用于通过多个扫描器342进行处理和通过在一组过程条件340下利用扫描器的模型322 进行模拟。模拟的抗蚀剂轮廓3M可以相对于物理上产生的抗蚀剂轮廓344进行分析。价 值函数360(下文所讨论的)可以用于调整模型参数320，用于获得可以精确地表征与多个 扫描器相关联的微分模型的模型。在抗蚀剂显影之后或在蚀刻之后，精确微分模型仍然在形式上模拟晶片上的图案 轮廓。然而，这样的模型的目标不一定是绝对CD精度，而是预测在一个或更多的模型参数 被扰动时CD变化或轮廓变化情况下的精度变化，用于考虑扫描器之间的差别或用于模拟 主动扫描器调整的效果。同理，模拟可能需要两遍，一遍没有参数扰动，一遍具有参数扰动。 对于给定的图案i感兴趣的量是Arai =⑶(图案_i，扰动的_模型)-⑶(图案_i，未被扰动的_模型).衍生模型的产生假定具有足够的微分精度(“微分模型”)的模型是可以利用的，本发明的特定方 面便于基于微分模型和基础模型产生衍生模型。在特定实施例中，基础模型与扰动前模型 相同，在该情形中衍生模型将与扰动后模型相同。在这些实施例中，衍生模型仅需要利用扰 动模型的一个成像模拟。在其它实施例中，基础模型不同于扰动前模型，在该情形中衍生模型需要三个成像模拟，每一个利用基础模型、未扰动的模型以及扰动的模型。在这些之后的 实施例中的一个例子中，基础模型可以是OPC模型。灵敏度建模图4示出了经由扫描器模型402和扫描器量测器404的在光学参数420上的旋钮 设定400的效果。特定的光学参数不会受在可利用的或所采用的扫描器旋钮中的变化的影 响，因此可以通过扫描器量测器完全地固定。这些情况中的例子包括用于与没有带宽控制 的激光器相匹配的扫描器的激光器光谱。在其它情形中，光学参数受旋钮变化的影响，且可 以由扫描器模型402和扫描器量测器404的组合导出。例如，照射光瞳受NA和西格玛变化 以及在特定类型的扫描器上的其它变化(包括椭圆率设定)的影响。同理，照射光瞳可以 利用与扫描器模型结合的光瞳测量进行预测。图5示出根据本发明的基本方面，其包括响应于一个扫描器上的设定变化来预 测任意图案的成像变化(即临界尺寸变化和轮廓变化)，同时保持光刻过程的所有其它方 面是未变化的。在显示出的例子中，一系列的N个模拟被执行，其中每一模拟(分别)产生 对应于测量的轮廓560-562的模拟的轮廓M0-M2，其是可以获得的或在模拟的条件下被 产生。每个模拟可以通过由扫描器模型510所使用的不同组的旋钮设定500-502来区分。 扫描器模型510产生了光学参数520-522，其可以可选地通过利用来自扫描器量测器512的 输入来产生，光学参数520-522被用于产生各自的模拟轮廓M0-M2。模拟的轮廓540-542 和测量的轮廓560-562可以被分析，以产生、校准和优化模型参数572。在一个例子中，模拟 的和测量的轮廓可以通过使用价值函数570在数学上进行处理。用符号表示，灵敏度建模的目标是预测响应于旋钮变化Δ kj的图案i的⑶变化 ACDi0对于典型的扫描器调整应用，尽管本发明绝不是被限制成线性模型情形的假定，但 是线性模型可以具有相当好的效果，这是因为调整量很小。因此，在线性模型是可应用的情 况下，
权利要求
1.一种光刻过程模拟的方法，包括提供描述可归因于光刻过程参数中的差别的成像结果中的差别的微分模型；和 使用所述微分模型产生模拟的晶片轮廓。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，光刻过程参数中的差别对应于掩模差别、抗蚀剂 差别、轨迹差别、蚀刻差别和扫描器差别中的一个或更多个。
3.根据权利要求6所述的方法，其中所述扫描器差别包括与光学装置、机械装置、控制 和器件特有的激光器漂移中的一个或更多个相关联的差别。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述模拟的晶片轮廓对应于抗蚀剂中的晶片轮廓。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述模拟的晶片轮廓对应于蚀刻之后的晶片轮廓。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述模拟的晶片轮廓包括能够由通过至少一个不 同的光刻过程参数相互区别的光刻过程产生的轮廓。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述微分模型表征包括两个扫描器的两个光刻过 程中的差别。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述微分模型所描述的差别包括可调整的和不可 调整的参数。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括通过使用所述微分模型和所述两个扫描器中的 一个扫描器的模型来导出所述两个扫描器中的另一个扫描器的模型的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个扫描器的模型是OPC模型和OPC验证模 型中的一个。
11.一种用于光刻过程模拟的方法，包括提供描述可归因于用于一个扫描器的扫描器设定中的差别的成像结果中的差别的灵 敏度模型；和使用所述灵敏度模型产生模拟的晶片轮廓。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述模拟的晶片轮廓对应于抗蚀剂中的晶片轮廓。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述模拟的晶片轮廓对应于蚀刻之后的晶片轮廓。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述模拟的晶片轮廓包括能够由通过至少一个 不同的扫描器设定参数相互区别的光刻过程产生的轮廓。
15.根据权利要求11所述的方法，还包括步骤在另一设定下通过使用所述灵敏度模 型和所述扫描器的基础模型导出在特定设定下的扫描器的模型。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述扫描器的基础模型是OPC模型和OPC验证 模型中的一个。
17.根据权利要求11或15所述的方法，其中所述扫描器设定涉及所述一个扫描器的照 射系统、投影系统、激光源和晶片台中的一个或更多个。
18.一种用于校准光刻模型的方法，包括步骤执行光刻过程的多个模拟，其中对于每一模拟，改变过程模型的可调整的设定；比较由所述模拟产生的模拟的轮廓与在所述光刻过程中的对应变化下产生的测量的 轮廓，以识别所述模拟的轮廓和所述测量的轮廓之间的差别；和基于所识别的差别通过使用价值函数来校准所述过程模型的参数。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述过程模型是灵敏度模型，其描述了可归因 于光刻设备的设备设定中的差别的成像结果中的差别。
20.一种用于校准光刻模型的方法，包括步骤执行用于多个扫描器的光刻过程的模拟，其中微分模型表征了所述光刻过程中的与扫 描器相关的差别；识别由所述模拟产生的模拟的轮廓和在所述模拟的条件下由所述多个扫描器获得的 对应的测量的轮廓之间的差别；和基于所述识别的差别来优化所述微分模型的参数。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述优化步骤包括步骤调节可调整的和不可 调整的扫描器参数，直到所述模拟的轮廓中的差别与所述测量的轮廓中的对应差别匹配。
全文摘要
光刻模拟使用了微分模型。微分模型描述了关于可调整的和不可调整的扫描器设定的两个扫描器的成像特性上的差别。用于两个扫描器中的一个的模型通过使用另一个扫描器的模型和微分模型来获得。类似地，灵敏度模型表示了关于不同的扫描器设定的一个扫描器的成像特性上的差别。另外地，提供用于通过与印刷结果比较来校准微分模型和灵敏度模型的方法。
文档编号G03F7/20GK102057329SQ200980120709
公开日2011年5月11日 申请日期2009年5月29日 优先权日2008年6月3日
发明者叶军, 吉姆·库梅恩, 曹宇, 罗纳德·古森斯, 邵文晋 申请人:Asml荷兰有限公司