用带电粒子束光刻来使用曲线字符打碎并形成图案的方法

专利名称：用带电粒子束光刻来使用曲线字符打碎并形成图案的方法
技术领域：
本公开涉及光刻，并且更具体地，涉及带电粒子束写入系统的设计以及使用带 电粒子束写入系统来制作表面(其可以是光罩、晶片或其他表面)的方法。
背景技术：
在半导体器件(诸如集成电路)的生产或制作中，可以使用光刻来制作半导体器 件。光刻是这样一种印刷过程，其中从光罩(reticle)制作的光刻掩模或光掩模被用来将 图案转移到诸如半导体或硅晶片的衬底上以产生集成电路。其他衬底可以包括平板显示 器以至其他光罩。此外，超紫外(EUV)或X射线光刻被认为是光刻的类型。光罩或多 个光罩可以包含与集成电路的单独的层相对应的电路图案，并且该图案可以被成像在已 经涂有辐射敏感材料(公知为光致抗蚀剂或抗蚀剂)的层的衬底上的特定区域上。一旦转 移了图案化的层，该层可能受到各种其他处理，诸如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、 氧化以及研磨。采用这些处理来在衬底中完成单独的层。如果需要数个层的话，那么将 会对于每个新的层重复整个处理或其变化形式。最终，将在衬底上存在多个器件或集成 电路的组合。这些集成电路之后可以通过切片或锯切而被彼此分离，并且之后可以被安 装到单独的封装中。在更一般的情况下，衬底上的图案可以被用来限定诸如显示像素或 磁性记录头的物品。在半导体器件(诸如集成电路)的产生或制造中，无掩模直接写入也被用来制 作半导体器件。无掩模直接写入是这样一种印刷处理，其中带电粒子束光刻被用来将图 案转移到衬底(诸如半导体或硅晶片)以产生集成电路。其他的衬底可以包括平板显示 器、用于纳米压印的压印掩模或者甚至光罩。将层的期望图案直接写入到表面上，在这 种情况下该表面也是衬底。一旦转移了图案化层，该层可能受到各种其他处理，诸如蚀 亥|J、离子注入(掺杂)、金属化、氧化以及研磨。采用这些处理来在衬底中完成单独的 层。如果需要数个层的话，那么将会对于每个新的层重复整个处理或其变化形式。可以 使用光刻来对一些层进行写入，而同时使用无掩模直接写入来对其它层进行写入来制作 相同的衬底。最终，将在衬底上存在多个器件或集成电路的组合。这些集成电路可以之 后通过切片或锯切而被彼此分离，并且之后可以被安装到单独的封装中。在更一般的情 况下，衬底上的图案可以被用来限定诸如显示像素或磁性记录头的物品。
两种普通类型的带电粒子束光刻是变形束(VSB)和字符投影(CP)。它们是成 形波束带电粒子束光刻的、其中精确的电子束被成形并且被操纵以使得涂有抗蚀剂的表 面(诸如晶片的表面或光罩的表面)曝光的子种类。在VSB中，这些形状是简单的形 状，通常局限于具有特定最小和最大尺寸并且具有平行于笛卡尔坐标平面的轴线的边的 矩形，以及具有特定最小和最大尺寸并且三个内角为45度、45度和90度的三角形。在 预定位置处，将一定剂量的电子以这些简单形状发射到抗蚀剂中。这种类型的系统的总 写入时间随着发射次数的增加而增加。在CP带电粒子束光刻中，在系统中存在其中具有 多种孔或字符的模板，其中多种孔或字符可以是直线、成任意角的直线、圆形、接近圆 形、环形、接近环形、卵圆形、接近卵圆形、部分圆形、部分接近圆形、部分环形、部 分接近环形、部分接近卵圆形或者任意曲线形状，并且可以是连接的复杂形状的组或是 连接的复杂形状的组的离散集合的簇。可以穿过模板上的字符发射电子束，来有效地在 光罩上产生更复杂的图案。理论上，这种系统可以比VSB系统更快，因为它可以通过每 次耗时的发射来发射更复杂的形状。因此，利用VSB系统来进行的E形图案发射需要四 次发射，但是利用字符投影系统可以以一次发射来发射E形图案。注意，在字符仅为简 单的字符的情况下(通常为矩形或45-45-90三角形)，VSB系统可以被认为是字符投影 的特定(简单)情况。也可以使得字符部分地曝光。这例如通过阻挡粒子束的一部分而 完成。例如，在通过孔来截断波束的不同部分时，在上文中描述的E形图案可以被部分 地曝光为F形图案或者I形图案。这与如何使用VSB来发射各种形状的矩形是相同的机 制。在本公开中，部分投影被用来表示字符投影和VSB投影二者。如所指出的，在光刻中，光刻掩模或光罩包括与集成到衬底上的电路组件相对 应的几何图案。可以通过计算机辅助设计(CAD)软件或程序来产生用于制造光罩的图 案。在设计图案的过程中，为了产生光罩，CAD程序可以遵循一组预定的设计规则。通 过处理、设计和最终用途限制来设置这些规则。最终使用限制的一个示例是以其中晶体 管不能在所需电源电压下充分地操作的方式来限定晶体管的几何尺寸。特别地，设计规 则可以限定电路器件或互连线之间的间距公差。设计规则例如被用来确保电路器件或互 连线不会以不期望的方式彼此互相影响。例如，使用设计规则以使得互连线不会以可能 造成短路的方式彼此过分靠近。除了别的以外，设计规则限制反映出可以可靠地制作出 的最小尺寸。在提到这些小尺寸时，人们通常引入临界尺寸的概念。例如，临界尺寸被 限定为线的最小宽度或者两根线之间的最小间距，这些尺寸需要细腻的控制。

通过光刻来制作集成电路的一个目的是在衬底上通过使用光罩再现原始电路设 计。集成电路制造商总是尝试尽可能有效地使用半导体晶片面积。工程师不断地缩小电 路的尺寸，以允许集成电路包含更多的电路元件并且使用更少电力。随着集成电路临界 尺寸的大小减小并且电路密度增加，电路图案或结构设计的临界尺寸接近用在光刻中的 光学曝光工具的分辨率极限。随着电路图案的临界尺寸变得更小并且接近曝光工具的分 辨率值，变得难以将结构设计精确地转移为显影在抗蚀剂层上的实际电路图案。为了促 进光刻的使用来转移具有比用在光刻处理中的光波长更小的特征的图案，已经发展了公 知为光学邻近校正(OPC)的处理。OPC对结构设计进行改变，以补偿由诸如光学衍射以 及特征与邻近特征的光学相互作用的效应引起的变形。OPC包括利用光罩执行的全分辨 率增强技术。
OPC可以向掩模图案增加次分辨率光刻特征，以减小原始结构设计图案(即， 设计)与衬底上的、最终转移的电路图案之间的差异。次分辨率光刻特征与结构设计中 的原始图案相互作用并且补偿邻近效应来改善最终转移的电路图案。用来改善图案的转 移的一个特征是次分辨率辅助特征(SRAF)。增加来改善图案转移的另一个特征被称作
“衬线(serif)”。衬线是可以定位在图案的角部来在最终转移的图案中使得角部锐利的 小特征。通常是这种情况SRAF的表面制作过程所要求的精确度比打算印刷到衬底上 的图案(通常被称作主要特征 )所要求的精确度更小。衬线是主要特征的一部分。随着 光刻的限制正在进一步延伸到次波长区域，OPC特征必须越来越复杂以补偿更多的微妙 的相互作用和效应。随着成像系统被推向它们的极限，利用足够精细的OPC特征来生产 光罩的能力变得很关键。虽然将衬线或其他OPC特征增加到掩模图案中是有优点的，但 是也可能相当地增加掩模图案中的全部特征数。例如，使用传统技术来将衬线增加到方 形的每个角部会向掩模或光罩图案增加8个三角形。增加OPC特征是非常费力的工作， 需要高代价的计算时间并且导致更昂贵的光罩。不但OPC图案是复杂的，而且因为光 学邻近效应与最小的线和间距尺寸相比是远距离的，所以在给定位置中的校正OPC图案 显著地取决于在附近有什么样的其他几何形状。因此，举例来说，根据在光罩上在其附 近有什么，线端部将具有不同尺寸的衬线。即使目的可能是在晶片上产生完全相同的形 状，也是这样的。这些微小的但是关键的变化是重要的并且已经防止他人能够形成光罩 图案。通常就主要特征(其为反映在OPC装饰之前的设计的特征)和OPC特征而言来 讨论将要写入到光罩上的、用OPC装饰的图案，其中OPC特征可以包括衬线、凹凸部和 SRAF。为了使得微小变化的含义量化，邻近部分之间的OPC修饰的通常微小变化可以 是主要特征尺寸的5%到80%。注意，为了清楚，所指的是OPC的设计中的变化。制 造变化(诸如线边缘粗糙和角部倒圆)也将会存在于实际表面图案中。当这些OPC变化 在晶片上产生大致相同的图案时，意味着晶片上的几何形状以在指定误差内同为目标， 其中指定误差取决于该几何形状被设计为执行的具体功能，诸如晶体管或布线。然而， 通常的规格是在主要特征范围的2%-50%。也存在许多也会引起变化的制造因素，但是 这种整体误差的OPC成分通常在所列的范围内。OPC形状(诸如次分辨率辅助特征)服 从各种设计规则，诸如基于可以使用光刻而转移到晶片上的最小特征的尺寸的规则。其 他设计规则可以来自掩模制造处理或者来自模板制造过程(如果使用字符投影带电粒子 束写入系统来在光罩上形成图案的话)。也应当注意，掩模上的SRAF特征的精确度要求 可以比掩模上的主要特征的精确度要求更低。反向光刻技术(ILT)是一种类型的OPC技术。ILT是这样一种过程，其中，从 期望形成在衬底(诸如硅晶片)上的图案直接地计算将要形成在光罩上的图案。这可以 包括使用表面上的期望的图案作为输入而沿着相反的方向模拟光刻过程。ILT计算的光罩 图案可以是纯粹的曲线(即，完全是非直线的)并且可以包括圆形、接近圆形、环形、接 近环形、卵圆形和/或接近卵圆形的图案。因为使用传统的技术在光罩上形成曲线图案 是困难并且昂贵的，所以可以使用曲线图案的直线近似。在本公开中，ILT、OPC,显影 光源最佳化(SMO)和计算光刻是可互换使用的术语。存在许多用于在光罩上形成图案的技术，包括使用光刻或带电粒子束系统。最 先进的技术节点的光罩写入通常涉及多次通过的带电粒子束写入(一种被称作多次通过曝光的过程)，由此在光罩上进行写入和重写给定的形状。通常，使用2到4次通过来写入光罩，以平均掉带电粒子束系统中的精确度误差，而允许产生更精确的光掩模。这种 类型的系统的总写入时间随着发射次数的增加而增加。可以用来在光罩上形成图案的第 二种类型的系统是已经在上文中描述的字符投影系统。带电粒子束光刻的成本直接与在表面(诸如光罩或晶片)上曝光图案所需的时间 相关联。传统地，曝光时间涉及产生图案所需要的发射的次数。对于最复杂的集成电路 设计，在一组光罩或衬底上形成层图案组是非常昂贵并且耗费时间的过程。因此，能够 诸如通过减少形成这些复杂图案所需的发射的次数来减少在光罩或其他表面上形成复杂 图案(诸如曲线图案)所需的时间将会是有利的。

发明内容
公开了一种用于打碎或掩模数据准备或邻近效应校正的方法和系统，其中，对 于带电粒子束写入系统确定了曲线字符投影发射的系列，使得发射的组可以在表面上形 成宽度可以变化的连续的轨迹。也公开了使用曲线字符投影发射的系列来在表面上形成 连续轨迹的方法。也公开了用于通过在使用曲线字符投影发射的系列而在表面上形成连续轨迹来 制造光罩和用于制造诸如硅晶片的衬底的方法。


图1示出了字符投影带电粒子束系统；图2A示出了通过单次圆形CP发射而产生的图案和截面剂量曲线；图2B示出了类似于图2A的图案和剂量曲线的两个邻近的、独立计算的图案以 及剂量曲线；图2C示出了一对接近的圆形CP发射的图案和截面剂量图；图3A示出了恒定宽度目标图案的一部分；图3B示出了可以形成图3A的图案的传统的不重叠发射的组；图3C示出了可以通过单个圆形CP发射而形成的图案并且也示出了一组六个邻 近的CP发射；图3D示出了可以使用图3C的那组邻近的CP发射形成的轨迹；图3E示出了一组五个邻近的CP发射；图3F示出了可以使用图3E的那组五个邻近的CP发射形成的轨迹；图4A示出了包括平行四边形的目标图案的示例；图4B示出了可以利用椭圆形CP字符的发射而形成的图案；图4C示出了与图4B相同的椭圆形CP字符的一系列的七次发射；图4D示出了可以通过图4C中的那组发射而形成的轨迹；图4E示出了可以通过图4C中的那组发射使用高于最小值的波束模糊半径而形 成的另一个轨迹。图5A示出了曲线目标图案的示例；图5B示出了可以形成图5A的图案的周界的一系列的圆形CP发射；
图5C示出了通过图5B中的那组周界发射而形成的图案；图6A示出了可以形成轨迹的一系列的三个圆形CP发射；图6B示出了一系列的三个CP发射，其中两个发射使用圆形CP字符而一个发射 使用环形CP字符；图7示出了使用当前公开的示例性方法来制造光罩和光掩模的概念流程图；图8示出了使用当前公开的示例性方法来在衬底上形成图案的概念流程图。
具体实施例方式本公开描述了对一系列的曲线CP发射进行产生和曝光，以在表面上形成连续轨 迹。一系列的发射形成空间连续，并且可以按照任何时间顺序来写入。注意，因为本公 开的一系列发射按照需要可以是两个以上的次数，以实现期望的目标图案，所以用在这 里示出的各种实施例中的发射的次数仅为示例性的。现在参照附图，其中相似的附图标记表示相似的项目，图1示出了采用字符投 影来制作表面130的传统光刻系统100的实施例，诸如带电粒子束写入系统(在这种情况 下为电子束写入系统)。电子束写入系统100具有朝向孔板116投射电子束114的电子束 源112。板116具有形成在其中的、允许电子束114通过的孔118。一旦电子束114穿 过孔118，其被透镜的系统(未示出)作为朝向另一个矩形孔板或模板掩模122的电子束 120而引导或偏转。模板122在其中形成对各种类型的字符126进行限定的多个开口或 孔124。形成在模板122中的每个字符126可以用来在衬底132(诸如硅晶片、光罩或其 他衬底)的表面130上形成图案148。在局部曝光、局部投影、局部字符投影或者可变字 符投影中，电子束120可以定位为使其仅照射或照明字符126中的一者的一部分，由此形 成是字符126的子集的图案148。对于比电子束120的尺寸更小的、由孔118限定的每个 字符126，不含有孔的空白区域136被设计为与字符126相邻，以便于防止电子束120对 模板122上的不希望的字符进行照明。电子束134从字符126之一射出并且穿过电磁或 静电缩小透镜138，其减小来自字符126的图案的尺寸。在一般买到的带电粒子束写入系 统中，缩小因子是在10到60之间。缩小的电子束140从缩小透镜138射出，并且由一 系列偏转器142引导到表面130上，作为描绘为具有与字符126A的字母“H”的形状相 对应的图案148。由于缩小透镜138，图案148相比于字符126A缩小了尺寸。通过使用 电子束系统100的一次发射而画出图案148。与使用可变形束(VSB)投影系统或方法相 比，这减小了完成图案148的整体写入时间。虽然一个孔118示出为形成在板116中， 但是有可能在板116中存在一个以上的孔。虽然在这个示例中示出了两个板116和122， 但是可以只有一个板或者两个以上的板，而每个板包括一个或多个孔。在传统的带电粒子束写入系统中，缩小透镜138被校准为提供固定的缩小因 子。缩小透镜138和/或偏转器142也将波束聚焦到表面130的平面上。表面130的尺 寸可以比偏转板142的最大波束偏转能力大得多。因为这样，通常以一系列的长条的形 式将图案写到的表面上。每个长条含有多个子域，其中子域在偏转板142的波束偏转能 力内。电子束写入系统100含有定位机构150，以允许对于每个长条和子域来定位衬底 132。在传统带电粒子束写入系统的一个变化例中，在定位机构150将衬底132移动到下 一个子域位置之后，在进行子域曝光的同时，将衬底132静止地支持。在传统带电粒子束写入系统的另一个变化例中，衬底132在写入过程中连续地移动。在这个包括连续移 动的变化例中，除了偏转板142之外，可能存在另一组偏转板(未示出)，以与衬底132 的移动相同的速度和方向来移动波束。可以被以合理的精确度投射到表面130上的最小尺寸图案受到与电子束写入系 统100相关以及与表面130相关的各种短范围物理效应的限制，其中表面130通常包括涂 在衬底132上的抗蚀剂。这些效应包括正向散射、库伦效应和抗蚀剂扩散。波束模糊是 用来包括全部这些段范围效应的术语。最先进的电子束写入系统可以在20nm到30nm范 围内实现有效的波束模糊。正向散射可以构成总的波束模糊的四分之一到二分之一。先 进的电子束写入系统包括许多机构，来将波束模糊的每个构成部分减小到最小。一些电 子束写入系统可以允许在写入过程中将波束模糊从在电子束写入系统上可以得到的最小 值变化到一个或多个更大的值。图2A示出了将会通过使用圆形CP字符的发射而形成在涂有抗蚀剂的表面上的 图案202的示例。图案202被称作发射轮廓，其为可以从单次发射的剂量形成的图案。在 本公开中，其为发射轮廓的图案可以被称作发射，意味着可以形成该发射轮廓的发射。 剂量图210示出了沿着穿过图案202的线204记录(register)的剂量212，该剂量被称作 截面剂量。如可以从剂量曲线212看到的，仅在图案202 的中央部分中记录预定的“全 部”剂量。也在剂量图210中示出了抗蚀剂阈值214。抗蚀剂仅将接收到抗蚀剂阈值 214以上剂量的那些区域记录为表面上的图案。剂量曲线212与阈值214在X坐标“a” 和“b”处相交。因此，如连接部216所示，X坐标“a”是将会由抗蚀剂记录的、沿 着线204的最小X坐标。类似地，如连接部218所示，X坐标“b”是将会由抗蚀剂记 录的、沿着线204的最大X坐标。图2B示出了非常接近的两个发射的示例。虚线图案220是圆形CP字符发射的 发射轮廓。虚线图案222是另一个圆形CP字符发射的发射轮廓。剂量图230示出了两 个剂量曲线。剂量曲线232示出了沿着线224测量的发射轮廓220的截面剂量。剂量曲 线234示出了沿着线224测量的发射轮廓222的截面剂量。也在剂量图230上示出了抗 蚀剂阈值236。如可以从剂量图230看到的，剂量曲线232和剂量曲线234重叠，表明 对于沿着线224的一些X坐标，与发射轮廓220和发射轮廓222都相关联的发射将会对于 可测量的剂量作出贡献。在发射剂量曲线重叠的情况下，到达由抗蚀剂覆盖的表面的总 剂量是来自对应于重叠曲线的全部发射的剂量的例如通过相加的结合。图2C示出了剂量 图260，其示出了图2B的发射轮廓220与发射轮廓222的经结合的剂量曲线262。如可 以看到的，示出了沿着线224的剂量的经结合的剂量曲线262示出了在“C”与“d”之 间的全部X坐标处在阈值264上方的剂量。图案250示出了将会通过两个接近的发射而 形成在由抗蚀剂覆盖的表面上的图案，其中两个接近的发射与发射轮廓220和发射轮廓 222相关联。沿着线254测量这个图案的截面剂量，其中线254对应于图2B的线224。 沿着线254，两个接近的发射形成一个相连接的图案250。如连接部266所示，剂量曲线 262在X坐标“C”处的、与阈值264最左侧交点确定沿着线254的图案250的最小X坐 标。类似地，如连接部272所示，剂量曲线262在X坐标“d”处的、与阈值264最右 侧交点确定沿着线254的图案250的最大X坐标。如可以看到的，由于对于发射220和 发射222使用了圆形CP字符，所以图案250沿着Y维度具有不恒定的高度。图2B和图2C示出了曲线CP字符的多个接近的CP发射是如何可以在由抗蚀剂覆盖的表面上一同产 生单个图案。图3A示出了将要形成在涂有抗蚀剂的表面上的期望图案302的一部分的示例。 图案302是更长的图案的一部分，因此图案的末端没有示出。图案302的边缘不平行于笛 卡尔坐标平面的任何轴线。图案302例如可以是集成电路上的金属互连层的一部分。图 案302也是轨迹或连续轨迹，其中轨迹是可以几何地显现为利用画笔的一笔形成的，即 没有分支的图案。然而，与一般的画笔的笔画不同，轨迹的宽度可以沿着其长度变化。 图3B示出了一簇非重叠矩形VSB发射的发射轮廓308，因此可以按照惯例来确定形成图 案302。发射簇308示出了 15个发射的发射轮廓。传统不重叠发射的使用可以简化抗蚀 剂将会从发射簇而记录的图案的确定。传统地，不重叠发射的组可以确定为使得每个发 射轮廓的合并将会等于目标图案。因为使用矩形发射不能精确地匹配图案302的轮廓， 所以发射簇308中的发射轮廓的合并不能完全等于期望的图案302，其中矩形发射的朝向 平行于笛卡尔坐标平面的轴。图3C-图3F描绘了本公开的示例性方法，其中使用一系列的曲线发射来形成目 标图案302。图3C示出了使用圆形CP字符的发射轮廓312的示例。图3C也示出了使 用相同的字符作为图案312的一簇发射的发射轮廓314。这簇的发射314包括六个发射 发射316、发射318、发射320、发射322、发射324以及发射326。在该示例中，发射簇 314中的所有发射使用相同的剂量，但是使用不同剂量的发射也可以被用来形成轨迹。虽 然可以以任何时间顺序来将发射写到表面上，但是因为发射是空间连续的，所以发射簇 314形成系列。图3D示出了形状，该形状也是可以从与发射系列314相关联的发射而形 成在表面上的轨迹。在发射系列314中的重叠发射轮廓考虑抗蚀剂响应，并且因此与利 用发射簇308的情况相比更难以在表面上得到图案。带电粒子束模拟可以被用来确定由 抗蚀剂记录的图案332。在一个实施例中，带电粒子束模拟可以被用来确定位于二维(X 和Y)网格中的每个网格位置的剂量，产生被称作剂量图的计算出的剂量的网格。记录的 图案332中的“波状的”边缘是通过使用间隔的圆形CP字符而产生的。边缘的“波纹 形状”引起图案332的宽度的变化。一簇图案的宽度公差通常是预定的。可以通过使得 圆形CP发射的间距更加紧密而减小图案332中的宽度变化，这将会增加形成图案所需的 发射的数目。因为圆形CP发射的更宽的间距可以减小发射数并且因此减小写入图案的时 间，所以预定的宽度公差可以被用来确定圆形CP发射的最大可接受间距。使用圆形CP 发射来形成目标图案(诸如目标图案302)的优点是圆是径向对称的。因此，无论目标图 案的角度如何，使用圆形CP字符的效果是相似的。图案332示出了一系列曲线CP发射 是如何被用来在表面上形成轨迹的，其中轨迹不平行于笛卡尔坐标平面的轴线。 图3E示出了如何使用圆形CP字符将一系列发射在具有一些重叠发射的情况下 用来形成与目标图案302类似的图案的。图3E示出了使用相同的字符作为图案312的一 簇发射340的发射轮廓。发射簇340包括五个发射发射342、发射344、发射346、发 射348以及发射350。如可以看到的，在发射簇340中的发射之间，该簇中的发射的相 对间距变化。例如，发射342与发射344之间的间距小于发射344与发射346之间的间 距。类似地，发射350与发射348之间的间距也小于发射346与发射348之间的间距。 图3F示出了可以在由抗蚀剂覆盖的表面上从发射簇340形成的图案360。因为发射簇340中的发射的可变间距，图案360的波纹形状沿其长度变化。例如，图案360中的局部最 小宽度362是由于发射342与发射344之间的间距而引起的。图案360中的局部最小宽 度364是由于发射344与发射346之间的间距而引起的。发射344与发射346之间的间 距相比于发射342与发射344之间的间距相对地更大，导致宽度364相比于宽度362更 小。虽然预定的宽度公差的使用将会通常建议单个轨迹的波纹形状保持一致以对发射数 进行优化，但是图3E和图3F的示例示出了在没有剂量或波束模糊半径改变的状态下，更 大的发射间距如何可以在表面上得到的图案中产生增加的波度(waviness)。对于表面上 的最终图案预定的宽度公差因此可以被用来确定最大的可接受的发射的间距。再次参照图3C，应当注意到虽然使用相同的字符进行了发射系列314中的全部 发射，但是可以用使用多种字符的一系列发射来形成轨迹。在一个实施例中，不同尺寸 的圆形CP字符可以被用于在一系列发射中的发射的不同子集，而产生平均宽度变化的轨 迹。在另一个实施例中，单个CP字符可以用于系列中的全部发射，但是对于系列中的发 射的不同子集利用不同的剂量，这也产生平均宽度变化的轨迹。图4A-4E描绘了其中使用了椭圆形字符的、本发明的另一个实施例。图4A示 出了将形成在涂有抗蚀剂的表面上的期望的图案或轨迹402的示例。轨迹402的边缘不 平行于笛卡尔坐标系的任何轴线。轨迹402例如可以是集成电路上的金属互连层的一部 分。图4B示出了椭圆形CP字符的发射轮廓404。图4C示出了使用与发射轮廓404相 关的相同椭圆形字符的一系列CP发射410的发射轮廓。发射系列410由7个重叠的发射 构成发射412、发射414、发射416、发射418、发射420、发射422和发射424。如可 以看到的，发射422与发射424之间的间距小于发射系列410中的其他对的相邻发射 之间 的间距，以匹配轨迹402的长度。图4D示出了可以使用一般(即，最小)的波束模糊半 径而由发射系列410形成在涂有抗蚀剂的表面上的轨迹430。与上述轨迹332类似，轨迹 430的宽度沿着其长度变化。相比于用于形成发射系列314的圆形CP字符，使用椭圆形 CP字符来形成发射系列410的优点是相比于使用圆形形状，使用椭圆形形状在相邻的发 射之间产生更小的重叠区域。相比于发射系列314，发射系列410中的发射之间的更小的 重叠区域降低了每单位面积中的剂量。相比于发射系列314，在对表面进行曝光时产生更 低水平的长范围效应(诸如背向散射)可能是有利的。图4E示出了在使用高于最小值的波束模糊时，可以由涂有抗蚀剂的表面从发射 系列410记录的轨迹440。如可以看到的，轨迹440比轨迹430更平滑。具体地，轨迹 440的最大宽度与最小宽度之间的差小于轨迹430的最大宽度与最小宽度之间的差。与使 用可以达到的最小的波束模糊相比，使用高于最小值的波束模糊可以允许轨迹形成为更 紧凑(即，更小)的宽度公差。如图5A-5C所示，一系列的曲线发射也可以被用来形成图案的周界。图5A示 出了将形成在涂有抗蚀剂的表面上的曲线图案502的示例。图案502例如可以是反向光 刻处理的产物。图案502可以被描述为具有四个耳部(每个角一个)。每个耳部具有曲 率半径504，也标记为“r”。图5B图示了用于形成图案502的周界的12个圆形发射的 系列520的发射轮廓。发射系列520中的单个发射的轮廓的半径524被选择为“r”，以 使其利用最小的发射次数来形成图案502的每个耳部。图5C示出了可以由发射系列520 产生的轨迹540。轨迹540是没有起点或终点的封闭的轨迹。与使用一组矩形VSB发射相比，圆形CP发射的使用允许使用更少的发射来形成轨迹540的、与图案502的周界在 预定公差内匹配的周界。此外，圆形CP字符以及可以在表面上产生具有与目标图案的一 部分的内径紧密匹配的半径的图案的剂量的使用可以进一步减小发射数。系列520可以 与额外的发射相结合以填充图案540的内部来实现目标图案502。 图6A和6B示出了在形成轨迹时使用圆形CP字符与使用环形CP字符的比较。 图6A示出了示例性的一系列的三个发射600的发射轮廓，其结合将会形成轨迹。发射系 列600包括发射602、发射604和发射606，它们都是使用圆形CP字符而产生的。没有 示出所得到的轨迹的轮廓。区域608和610是由于发射重叠而将会接收到通常剂量以上的 剂量的区域。图6B示出了另一个示例性的一系列的三个发射630的发射轮廓，其结合也 将会形成轨迹。发射系列630包括圆形发射612、环形发射614以及圆形发射616。区 域618和区域620是由于发射重叠而将会接收到通常剂量以上的剂量的相交区域。如可 以看到的，区域618的面积小于区域608的面积。类似地，区域620的面积小于区域610 的面积。区域618相比于区域608以及区域620相比于区域610更小的面积表明了在发 射系列630中将会将比在发射系列600中更少的重叠剂量传递给涂有抗蚀剂的表面。发 射系列630的更低的剂量将会是优选的，以例如相比于发射系列600产生更低水平的背向 散射。如图6B所示，可以将区域622(其为环形发射614的轮廓中的“孔”的一部分) 作为图案而记录在抗蚀剂上，而在所得到的轨迹中产生空隙。因为由区域622的任何部 分接收到的实际剂量都是来自发射612、发射614和发射616的剂量的结合，所以可以使 用粒子束模拟来确定在区域622的所有部分中的剂量是否在抗蚀剂的阈值之上。如果粒 子束模拟结果显示出在区域622的一些部分中的剂量低于抗蚀剂阈值，那么可以用具有 更小的孔的环形CP字符来代替环形发射，使得图案622具有更小的孔。可选择地，图 案中的发射的任何组合的剂量可以略微地增加，诸如，增加圆形发射612和616的剂量。 在另一个实施例中，对于其为直线轨迹的轨迹来说，可以使用具有椭圆形或卵圆形孔的 环形CP字符，其中孔的主直径或长直径与轨迹的方向对准。也可以将其他更复杂的形状 用于发射614。图6A和6B的示例示出了环形CP发射的使用是如何可以允许形成具有 比圆形或其他非环形曲线发射总体上更低的剂量的轨迹的。仔细的设计可以在所形成的 图案中防止空隙产生。注意，在本公开中所指的曲线形状包括但不限于圆形、接近圆形、卵圆形、接 近卵圆形、椭圆形、接近椭圆形、环形、接近环形、卵圆环形、接近卵圆环形、椭圆环 形或接近椭圆环形。可以计算将由表面接收到的剂量并将其存储为被称作图形(glyph)的二维(X和 Y)剂量图。二维剂量图或图形是所计算的、构成图形的发射的附近的剂量值的二维网 格。该剂量图或图形可以存储在图形库中。在设计中的打碎(fracture)图案的过程中可 以将图形库用作输入。例如，再次参照图4A和4C，剂量图可以从发射系列410计算并 且存储在图形库中。如果在打碎过程中，输入图案之一是与图案402具有相同形状的图 案，那么可以从库里面取回构成该图形的发射，而避免了确定适当的发射组以形成输入 图案的计算量。一系列图形也可以被结合以产生用参数表示的图形。参数可以是离散的 或连续的。例如，可以对于多个图案长度来计算用于形成诸如轨迹402的图案的发射和 剂量图，并且多个所得到的图形可以被结合以形成用参数表示的图形。
图7示出了根据当前公开的用于制造光掩模的方法的示例性概念流程图700。 对于处理有三种类型的输入数据模板信息718，其为关于带电粒子束系统的模板上的 CP字符的信息；处理信息736，其包括诸如抗蚀剂剂量阈值的信息，抗蚀剂将会在该阈 值之上记录图案；以及将要形成在光罩上的期望的图案716的计算机表示。此外，初始 可选步骤702-712包括产生图形库。可选的产生图形库的第一步骤是VSB/CP发射选择 702，其中将以特定剂量发射的一个或多个VSB或CP发射结合，来产生一组发射704。 这组发射704可以包括使VSB发射重叠和/或使CP发射重叠。这组发射704可以包 括将会形成轨迹的一系列曲线CP发射。在这组发射中的发射也可以被指定波束模糊。 VSB/CP发射选择步骤702使用模板信息718，其包括关于在模板上能够得到的CP字符 的信息。在步骤706中使用带电粒子束模拟来模拟发射组704，以产生这组发射的剂量图 708。步骤706可以包括各种物理现象 的模拟，包括正向散射、抗蚀剂扩散、库伦效应、 蚀刻、雾化、负载、抗蚀剂充电(resist charging)或背向散射。步骤706的结果是二维剂 量图708，其表示在图中的每个网格位置处的由这组发射704结合的剂量。剂量图708被 称作图形。在步骤710中，将关于这组发射中的每个发射的信息以及这个附加的图形的 剂量图708存储在图形库712中。在一个实施例中，可以将一组图形结合到被称为用参 数表示的图形的一类图形中。流程的必需部分包括掩模的生成。在步骤720中，对于光罩或光罩的一部分计 算了经结合的剂量图。步骤720将将要形成在光罩上的期望的图案716、处理信息736、 模板信息718和图形库712(如果已经产生了图形库的话)用作输入。在步骤720中，可 以产生初始光罩剂量图，发射剂量图将要结合到初始光罩剂量图中。最初，光罩剂量图 不含有发射剂量图信息。在一个实施例中，光罩剂量图的网格方格可以初始化为对于长 范围效应(诸如背向散射、雾化或负载(loading，其为涉及局部抗蚀剂显影剂耗尽效应的 术语))具有估计的校正。步骤720可以包括VSB/CP发射选择722或者图形选择734或 者以上二者。发射选择722可以包括选择可以在光罩上形成轨迹的一系列曲线CP发射。 如果选择了 VSB或CP发射，那么使用步骤724中的带电粒子束模拟来对发射进行模拟并 且产生发射的剂量图726。带电粒子束模拟可以包括对形状进行高斯卷积。可以对于形 状的二元函数进行卷积，其中二元函数确定点是在形状的内部还是外部。形状可以是孔 状或者多孔状，或者是其轻微的变化。在一个实施例中，例如在使用临时发射剂量图缓 存时，该模拟可以包括查找相同发射的在先模拟的结果。可以对于VSB或CP指定比最 小值更高的波束模糊。VSB和CP发射都可以被允许重叠，并且可以具有彼此不同的剂 量。如果选择了图形，那么从图形库中输入图形的剂量图。在步骤720中，将发射和/ 或图形的各种剂量图结合到光罩剂量图中。在一个实施例中，通过将剂量相加而完成结 合。使用所得到的经结合的剂量图以及包含抗蚀剂特性的处理信息736，可以计算出光 罩图案。如果所计算的光罩图案在预定公差内与期望的图案716匹配，那么输出经结合 的发射表738，其含有所确定的VSB/CP发射以及构成所选择的图形的发射。如果在步 骤720中计算出图案光罩图案不能在预定公差内与目标图案716匹配，那么修改所选择的 CP发射、VSB发射和/或图形的组，重新计算剂量图并且重新计算光罩图案。在一个 实施例中，可以以构造校正法来确定发射和/或图形的初始组，使得不需要发射或图形 调整。在另一个实施例中，步骤720包括优化技术，以使得由所选择的VSB/CP发射表示的发射的总数或者总带电粒子束写入时间或者一些其它参数最小化。在另一个实施例 中，可以执行VSB/CP发射选择722和图形选择734，以产生多组发射，其中每个都可以 形成与期望的图案716匹配但是剂量比通常剂量更低的光罩图像，以支持多次写入。 经结合的发射表738包括确定了的所选择的VSB发射、所选择的CP发射以及构 成所选择的图形的发射的列表。最终列表738中的全部发射都包括剂量信息。发射也可 以包括波束模糊说明。在步骤740中，可以执行邻近效应校正(PEC)和/或其他校正， 或者可以从更早的估计来对校正进行改进。因此，步骤740使用经结合的发射列表738 作为输入并且产生其中已经对发射剂量进行了调整的最终发射列表742。从步骤720到步 骤742的步骤的簇或者这簇步骤的子集被一同称作打碎或掩模数据准备。在步骤744中 由带电粒子束系统使用最终发射列表742来对于已经涂在光罩上的抗蚀剂进行曝光，由 此在抗蚀剂上形成图案746。在步骤748中对于抗蚀剂进行显影。通过进一步的处理步 骤750，将光罩转移到光掩模752中。图8示出了根据当前公开的用于制造衬底(诸如硅晶片)的方法的示例性概念流 程图800。对于处理有三种类型的输入数据模板信息818，其为关于带电粒子束系统 的模板上的CP字符的信息；处理信息836，其包括诸如抗蚀剂剂量阈值的信息，抗蚀剂 将会在阈值之上记录图案；以及将要形成在衬底上的期望的图案816的计算机表示。此 夕卜，初始可选步骤802-812包括产生图形库。可选的产生图形库的第一步骤是VSB/CP 发射选择802，其中将以特定剂量发射的一个或多个VSB或CP发射结合，来产生一组发 射804。这组发射804可以包括使VSB发射重叠和/或使CP发射重叠。这组发射804 可以包括将会形成轨迹的一系列曲线CP发射。在这组发射中的发射也可以被指定波束模 糊。VSB/CP发射选择步骤802使用模板信息818，其包括关于在模板上能够得到的CP 字符的信息。在步骤806中使用带电粒子束模拟来模拟这组发射804，以产生这组发射 的剂量图808。步骤806可以包括各种物理现象的模拟，包括正向散射、抗蚀剂扩散、 库伦效应、蚀刻、雾化、负载、抗蚀剂充电或背向散射。步骤806的结果是二维剂量图 808，其表示在图中的每个网格位置处的由这组发射804结合的剂量。剂量图808被称作 图形。在步骤810中，将关于这组发射中的每个发射的信息以及该额外的图形的剂量图 808存储在图形库812中。在一个实施例中，可以将一组图形结合到被称作用参数表示的 图形的一类图形中。流程的必需部分包括在由抗蚀剂覆盖的衬底上生成掩模。在步骤820中，对于 衬底或衬底的一部分计算了结合的剂量图。步骤820将将要形成在衬底上的期望的图案 816、处理信息836、模板信息818和图形库812(如果已经产生了图形库的话)用作输 入。在步骤820中，可以产生初始衬底剂量图，发射剂量图将要结合到初始衬底剂量图 中。最初，衬底剂量图不含有发射剂量图信息。在一个实施例中，衬底剂量图的网格方 格可以初始化为对于长范围效应(诸如背向散射、雾化或负载)具有估计的校正。步骤 820可以包括VSB/CP发射选择822或者图形选择834或者以上二者。发射选择822可 以包括选择可以在衬底上形成轨迹的一系列曲线CP发射。如果选择了 VSB或CP发射， 那么使用步骤824中的带电粒子束模拟来对发射进行模拟并且产生发射的剂量图826。带 电粒子束模拟可以包括对形状进行高斯卷积。可以对于形状的二元函数进行卷积，其中 二元函数确定点是在形状的内部还是外部。形状可以是孔状或者多孔状，或者使其轻微的变化。在一个实施例中，例如在使用临时发射剂量图缓存时，该模拟可以包括查找相同发射的在先模拟的结果。可以对于VSB或CP指定比最小值更高的波束模糊。VSB 和CP发射都可以被允许重叠，并且可以具有彼此不同的剂量。如果选择了图形，那么 从图形库中输入图形的剂量图。在步骤820中，将发射和/或图形的各种剂量图结合到 衬底剂量图中。在一个实施例中，通过将剂量相加而完成结合。使用所得到的经结合的 剂量图以及包含抗蚀剂特性的处理信息836，可以计算出衬底图案。如果所计算的衬底 图案在预定公差内与期望的图案816匹配，那么输出经结合的发射表838，其含有所确定 的VSB/CP发射以及构成所选择的图形的发射。如果在步骤820中计算出图案衬底图案 不能在预定公差内与目标图案816匹配，那么修改所选择的CP发射、VSB发射和/或图 形的组，重新计算剂量图并且重新计算衬底图案。在一个实施例中，可以以构造校正法 来确定发射和/或图形的初始组，使得不需要发射或图形调整。在另一个实施例中，步 骤820包括优化技术，以使得由所选择的VSB/CP发射表示的发射的总数或者总带电粒子 束写入时间或者一些其它参数最小化。在另一个实施例中，可以执行VSB/CP发射选择 822和图形选择834，以产生多组发射组，其中每组发射都可以形成与期望的图案816匹 配但是剂量比通常剂量更低的光罩图像，以支持多次写入。经结合的发射表838包括确定了的所选择的VSB发射、所选择的CP发射以及构 成所选择的图形的发射的列表。最终列表838中的全部发射都包括剂量信息。发射也可 以包括波束模糊说明。在步骤840中，可以执行邻近效应校正(PEC)和/或其他校正， 或者可以从更早的估计来对校正进行改进。因此，步骤840使用经结合的发射列表838 作为输入并且产生其中已经对发射剂量进行了调整的最终发射列表842。从步骤820到步 骤842的步骤的簇或者这簇步骤的子集被一同称作打碎或掩模数据准备。在步骤844中 由带电粒子束系统使用最终发射列表842来对于已经涂在衬底上的抗蚀剂进行曝光，由 此在衬底上形成图案846。在本公开中描述的打碎、掩模数据准备和邻近效应校正流程可以利用具有适当 计算机软件的通用计算机作为计算装置而实施。由于需要大量计算，也可以并行使用多 个计算机或处理器核心。在一个实施例中，对于流程中的一个或多个计算密集步骤，可 以将计算细分为多个2维几何形状区域，以支持并行处理。在另一个实施例中，与使用 通用计算机或处理器核心相比，单个或复合使用的专用硬件装置可以被用来以更快的速 度执行一个或多个步骤。在一个实施例中，在本公开中描述的优化和模拟处理可以包括 修改和重新计算可能方案的反复的处理，以使得发射的总数最小化或者总带电粒子束写 入时间或其他参数最小化。在另一个实施例中，可以以构造校正法来确定发射的初始 组，因此不需要进行发射调整。虽然参照具体实施例描述了本说明书，但是应当认识到在获得上述内容的理解 之后，本领域技术人员可以溶剂地想到这些实施例的替换、变化以及等价。由本领域的 技术人员可以认识到对于用于打碎、制造表面以及制造集成电路的本方法的这些和其他 的修改和变化，而不超出特别地在权利要求中陈述的本主题的精神和范围。此外，本领 域的技术人员将会认识到上述描述仅为示例性的，并且不是为了进行限制。可以在不 偏离本发明的范围的情况下，对于说明书中的步骤增加步骤、从中减少步骤或者修改步 骤。总之，所示的任何流程图仅是为了表明实现功能的基本操作的一种可能顺序，并且许多变化都是可能的。因此，意味着本主题覆盖在权利要求及其等价物范围内的这种修改和变化。
权利要求
1.一种用于为字符投影(CP)带电粒子束光刻来打碎或掩模数据准备或邻近效应校正 的方法，包括输入将要形成在表面上的图案的组；输入模板上可用的字符投影(CP)字符的组，所述可用的CP字符的组包括一个以上 的曲线字符；在所述可用的CP字符的组中确定一个以上的曲线CP字符的两个以上的发射的系 列，其中，所述发射的系列可以在所述表面上形成连续的轨迹，所述轨迹包括所述图案 的组中的一部分图案；以及输出所述发射的系列。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述发射的系列中的发射所使用的所述一个 以上的曲线CP字符是圆形或接近圆形。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述轨迹是曲线。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述发射的系列中的每个发射都包括剂量， 并且其中，所述发射的系列中的发射的剂量可以彼此变化，并且其中，以后可以调整所 述发射的系列中的发射的剂量。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤还包括在实现所述表面上的预定 的图案精确度公差的同时，使得在所述表面上形成所述图案的组所需要的时间最小化。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述使得形成所述图案的组所需要的时间最小 化的步骤包括在实现处于所述预定的图案精确度公差内的轨迹宽度变化的同时，计算发 射之间的间距以使得发射数最小化。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定步骤包括使用带电粒子束模拟，所述 带电粒子束模拟包括由正向散射、背向散射、抗蚀剂扩散、库伦效应、蚀刻、雾化、负 载和抗蚀剂充电组成的组中的至少一者。
8.—种用于在表面上形成图案的组的方法，包括提供带电粒子束源；在模板上提供字符投影(CP)字符的组，所述CP字符的组包括一个以上的曲线字 符；以及在可用的所述CP字符的组中曝光一个以上的曲线CP字符的两个以上的发射的系 列，其中，所述发射的系列在所述表面上形成连续的轨迹，所述轨迹包括所述图案的组 中的一部分图案。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，由所述发射的系列中的发射所使用的所述一个 以上的曲线字符是圆形或接近圆形。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述发射的系列中的发射所使用的所述一个 以上的曲线CP字符是卵圆形、接近卵圆形、椭圆形、接近椭圆形、环形、接近环形、卵 圆环形、接近卵圆环形、椭圆环形或接近椭圆环形。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述轨迹包括所述图案的组中的图案的周界。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述轨迹是曲线。
13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述发射的系列中的每个发射都包括波束模糊半径，并且其中，使得所述发射的系列中的至少一个发射具有比最小值更高的波束模糊。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，所述表面是半导体晶片，所述方法还包括在 所述晶片上使用所述图案的组来制造集成电路。
15.—种用于在衬底上制造半导体器件的方法，包括提供包括图案的组的光掩模，其中，通过使得一个以上的曲线CP字符的两个以上的 带电粒子束发射的系列进行曝光来在光罩上形成了连续的轨迹来使用所述光罩制造所述 光掩模，所述轨迹包括所述图案的组中的图案的一部分；以及使用光刻而在所述衬底上使用在所述光掩模上的所述图像来形成多个图案。
16.—种用成形波束带电粒子束光刻来打碎或掩模数据准备或邻近效应校正的系统， 包括输入装置，其能够接收将要形成在表面上的图案的组；计算装置，其能够确定能在所述表面上形成连续轨迹的一个以上曲线CP字符的两个 以上发射的系列，其中，所述轨迹包括在所述图案的组中的部分图案；以及 输出装置，其能够输出所确定的发射的系列。
全文摘要
本发明涉及一种用带电粒子束光刻来使用曲线字符打碎并形成图案的方法。在使用了成形的带电粒子束光刻的半导体制造领域中，公开了一种用于打碎或掩模数据准备或邻近效应校正的方法和系统，其中，对于带电粒子束写入系统确定了曲线字符投影发射的系列，使得发射的组可以在表面上形成宽度可以变化的连续的轨迹。也公开了使用曲线字符投影发射的系列来在表面上形成连续轨迹的方法。也公开了用于通过在使用曲线字符投影发射的系列而在表面上形成连续轨迹来制造光罩和用于制造诸如硅晶片的衬底的方法。
文档编号G03F7/20GK102023489SQ20101026523
公开日2011年4月20日 申请日期2010年8月26日 优先权日2009年8月26日
发明者藤村晶, 迈克尔·塔克 申请人:D2S公司