专利名称：用于对波前像差具有定制的响应的图案设计的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明的技术领域主要涉及用于设计与光刻过程相关的量测器(gauge)图案的方法、系统和程序产品，更具体地涉及对响应于光刻参数变化的量测器图案的计算上有效的设计。
背景技术：
例如，可以将光刻设备用在集成电路(IC)的制造中。在这种情况下，掩模可以包含对应于IC的单层的电路图案，并且该图案可以被成像到已经涂覆有辐射敏感材料(抗蚀齐IJ)层的衬底(硅晶片)上的目标部分(例如，包括一个或更多个管芯)上。通常，单个晶片将包含通过投影系统一次一个地连续地被照射的相邻目标部分的整个网络。在一种类型的光刻投影设备中，通过将整个掩模图案一次曝光到目标部分上来照射每个目标部分；这种设备通常称为晶片步进机。在通常称为步进-和-扫描设备的替代设备中，通过沿给定的参照方向(“扫描”方向)在投影束下渐进地扫描掩模图案、同时同步地沿与该方向平行或反向平行的方向扫描衬底台来辐射每一个目标部分。因为通常投影系统将具有放大率因子M(通常< I)，因此衬底台被扫描的速度V将是掩模台被扫描的速度的M倍。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由辐射敏感材料(抗蚀剂)部分地覆盖的衬底上。在该成像步骤之前，衬底可以经历多种工序，例如涂底料、抗蚀剂涂覆和软烘烤(PEB)。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、硬烘烤和被成像的特征的测量/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历多种处理，例如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学-机械抛光等，所有这些处理用于完成对一个单层的处理。如果需要多个层，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，这些器件通过例如划片(dicing)或切割等技术彼此分割开，然后独立的器件可以安装到连接到引脚等的载体上。为了简单起见，下文中投影系统可被称为“透镜”;然而，这个术语应该被广义地解释为包括各种类型的投影系统，包括例如折射式光学系统、反射式光学系统和反射折射式系统。辐射系统还可以包括根据用于引导、成形或控制辐射投影束的这些设计类型中的任意类型来操作的部件，并且这些部件在下文中还可以被统称为或单独地称为“透镜”。此外，光刻设备可以是具有两个或更多个衬底台(和/或两个或更多个掩模台)的类型。在这种“多台”装置中，可以并行地使用附加的台，或者在一个或更多个其他台用于曝光的同时在一个或更多个台上执行预备步骤。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通过使用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。这些规则通过过程和设计限制来设定。例如，设计规则限定在电路器件(例如栅极、电容器等)或互连线之间的间隔容许量，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。通常，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者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，集成电路制造的目标之一是在晶片上(通过掩模)忠实地复制原始电路设计。正如提到的，微光刻是半导体集成电路制造过程中的重要步骤，其中形成在半导体晶片衬底上的图案限定半导体器件的功能元件，例如微处理器、存储芯片等。类似的光刻技术也被用于形成平板显示器、微电子机械系统(MEMS)和其他器件。随着半导体制造过程持续进步，在电路元件的尺寸持续地减小的同时，每个器件的功能元件(例如晶体管)的数量已经在过去几十年中遵照通常被称作为“摩尔定律”的趋势稳定地增加。在目前的技术状态下，前沿器件的关键层使用已知为扫描器的光学光刻投影系统进行制造，其使用来自深紫外激光光源的照明将掩模图像投影到衬底上，产生具 有IOOnm以下的尺寸(也就是小于投影光波长一半)的独立的电路特征。依照分辨率公式⑶=Ic1 X λ /NA,印刷具有小于光学投影系统的经典分辨率极限的尺寸的特征的这种过程通常被称为低-kjiow-ki)光刻术，其中λ是所采用的辐射的波长(目前大多数情况是248nm或193nm)，NA是投影光学装置的数值孔径，CD是“临界尺寸”(通常是所印刷的最小特征尺寸)，以及h是经验分辨率因子。通常，Ic1越小，越难以在晶片上复制与电路设计者所设计的形状和尺寸相符的图案以获得特定的电功能性和性能。为了克服这些困难，对投影系统和掩模设计实施复杂的精细的微调步骤。这些步骤包括例如但不限于NA和光学相干性设置的优化、定制的照射方案、使用相移掩模、掩模布局中的光学邻近效应校正，或其它通常称为“分辨率增强技术”(RET)的方法。作为RET的一个重要的示例，光学邻近效应校正(OPC)解决晶片上所印刷的特征的最终尺寸和布置将不仅仅作为掩模上的对应特征的尺寸和布置的函数的事实或问题。要注意的是，术语“掩模”和“掩模板”在此可以互换地使用。对于通常的电路设计中存在的小的特征尺寸和高的特征密度，给定特征的特定边缘的位置将在一定程度上受其他邻近特征的存在或不存在的影响。这些邻近效应由从一个特征至另一个特征的耦合的微光量产生。类似地，邻近效应可能由于在曝光后烘烤(PEB)、抗蚀剂显影以及通常在光刻曝光之后的蚀刻期间的扩散和其他化学效应弓I起。为了确保在半导体衬底上根据给定目标电路设计的要求产生特征，需要使用复杂的数值模型预测邻近效应，并且需要在可以成功地制造高端器件之前将校正或预变形应用至掩模的设计中。在典型的高端设计中，几乎每一个特征边缘需要一些修正以便实现所印刷的图案充分接近目标设计。这些修正可以包括边缘位置或线宽的偏置或偏移以及应用本身不是为了印刷但是将影响相关的主要特征的属性的“辅助”特征。假定典型地在芯片设计中设置有数百万个特征，则将基于模型的OPC应用至目标设计，需要好的过程模型和相当大量的计算资源。然而，应用OPC通常不是“精确的科学”，而是不会总是解决布局上的所有可能的缺点的经验性的迭代过程。因此，OPC后的设计(即在通过OPC应用了所有的图案修改和任何其它的分辨率增强技术(RET)之后的掩模布局)，需要通过设计检查进行验证，即，使用经过校准的数值过程模型的透彻的全芯片模拟，用以最小化设计缺陷被引入掩模组的制造中的可能性。这是由在数百万美元的范围内运行的制造高端掩模组的巨大成本驱动的，以及由如果已经制造了实际掩模而重新加工或重新修复它们对周转时间的影响所驱动。OPC和全芯片RET验证都可以基于数值模型化系统和方法，且可能需要精确地描述光刻过程的鲁棒模型。因此，需要用于这样的光刻模型的校准程序，其提供了在过程窗口上是有效的、鲁棒的且精确的模型。当前，使用具有晶片测量值的特定数量的I维和/或2维的量测器图案来完成校准。更具体地，这些I维的量测器图案是具有变化的节距和CD的线间隔图案，2维量测器图案典型地包括线端、触点和随机选择的SRAM(静态随机存取器)图案。这些图案随后被成像到晶片上，和测量所形成的晶片CD或接触能量。最初的量测器图案和他们的晶片测量值之后被结合使用以确定模型参数，该模型参数最小化模型预测和晶片测量之间的差别。不幸的是，关于量测器图案的设计和效验还没有很多的系统研究。传统的量测器图案选择方法相当随意它们可以被仅根据经验选择或根据实际的电路图案随机选择。这样的图案通常对于校准来说是不完整的或过完整的(super complete)，或两者皆有。尤其是，对于一些过程参数，所有的图案可能是相当不灵敏的，因此可能由于测量的不准确性而难以确定参数值。虽然在另一方面上，许多图案可能对参数变化具有非常类似的响应， 因此他们中的一些是冗余的，在这些冗余的图案上的晶片测量浪费了许多资源。题目为“Methods and Systems for Parameter-Sensitive and Orthogonal Gauge Design forLithography Calibration、对应于WIPO公开no. W02010/054350)的共同拥有的共同未决的美国专利申请 no. 13/128，630 和题目为 “Pattern Selection for Lithographic ModelCalibration”的美国专利公开no. 2010/0122225，解决了一些这样的问题。但是在上述两个申请中公开的方法未被定制成尤其响应于波前像差项，其典型地在光刻模型的成像中显示强的非线性效应。像差监控方法被在H. Nomura发表在Janpn. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001)pp. 6316-6322 上的题目为“Accurate Measurement of Spherical and AstigmaticAberrations by a Phase Shift Grating Reticle”的文章中提出。在所述方法中，像差被通过系对称的和被旋转的、重复的相移光栅(PSG)监控。所述方法要求相移掩模(PSM)，施加额外的约束到节距和可调整的掩模参数上。此外，其在照射源上需要特定的约束，其不总是可修改的和/或切合实际的。因此，所需要的是用于设计测量的灵活的和计算有效的方法，其对像差项的灵敏度可以根据光刻系统/过程要求来定制。
发明内容
本发明提供了在光刻模拟方法的领域内的多个创新，其允许用于设计用于光刻系统(物理系统或物理系统的虚拟模型)的校准/监控用途的计量图案的计算有效的技术，其克服了现有技术中的前述的不足。更具体地，本发明涉及设计量测器图案的方法，其对参数变化尤其灵敏，因此在用于对具有多个特征的目标设计成像的光刻过程的校准中对随机和重复的测量误差是鲁棒性的。所述方法可以包括用优化的辅助特征位置识别最灵敏的线宽/节距组合，其导致了对光刻过程参数变化的最灵敏的CD (或其它的光刻响应参数)变化，诸如波前像差参数变化。所述方法还可以包括设计具有多于一个测试图案的量测器，使得量测器的组合的响应可以被定制以生成对波前相关的或其它的光刻过程参数的特定响应。对参数变化的灵敏度导致了对随机的测量误差和/或任何其它的测量误差的鲁棒性性能。
在本发明的一个方面中，公开了一种设计一组测试图案的方法，所述测试图案被经由投影光刻系统成像，其中所述一组测试图案包括关于投影光刻系统的预定义的波前像差项的光刻响应参数，所述预定义的波前像差项以数学方法表示波前像差的特性。所述方法包括以下步骤a)生成作为预定义的波前像差项的函数的数学级数展开，所述数学级数展开为光刻响应参数的近似山)从所述数学级数展开选择一组被选择的展开项；c)生成包括所述被选择的展开项的成本函数；和d)求解所述成本函数以定义所述一组测试图案的参数，同时将未被选择的展开项中的至少一部分约束成大致为零。注意到，所述一组测试图案可以包括单个图案或多个图案。虽然单个图案的独立响应可以是非线性的，但是量测器中的多个图案的组合的响应可以是线性的或以其它方式修改的。在本发明的另一方面中，公开了一组经由投影光刻系统成像的测试图案，所述一组测试图案基本上是二元测试图案和包括关于所述投影光刻系统的预定义的波前像差项的光刻响应参数，所述预定义的波前像差项在数学上表示波前像差的特性，其中所述一组测试图案产生关于所述预定义的波前像差项的变化的基本上线性的响应。本发明的范围涵盖生成对任意阶的波前像差项(诸如泽尔尼克)的修改的(线性 或非线性的)响应。线性/特殊的非线性不必局限于在任何特定的波前像差设定附近的“窗口”，而是可以使用光刻响应数据，来使得投影光刻设备处于其的期望的基准设定。所述方法是适合的，其中波前像差可能需要被重构作为工具，来监控/稳定投影光刻设备的性能漂移。与期望的响应的偏离可以被测量和量化作为晶片检查技术，来决定一批次的晶片是否应当被接受或被丢弃。测试图案被设计成与基于CD测量或基于散射术的传统的晶片检查工具兼容。考虑到随附的附图和具体实施方式
，本领域技术人员将明白本发明的这些和其他方面，包括对应于上述方法的系统和计算机程序产品。
现在结合随附的附图回顾本发明的具体示例性的实施例的下述描述，其中图I是根据本发明示例性应用的光刻系统的多个子系统的方框图；图2是对应于图I中的子系统的模拟模型的方框图；图3是示出根据本发明一个实施例的测试图案设计方法的一些关键特征的流程图；图4示意性地示出根据本发明的一个实施例的包括一对具有组合的有效线性响应的测试图案的量测器的示例；图5-7显示根据本发明的实施例的测试图案设计优化方法的示例；图8是可以应用本发明的多个实施例的示例性计算机系统的方框图；和图9是本发明的多个实施例可应用的光刻投影设备的示意图。
具体实施例方式下面将参照附图对本发明进行详细描述，所述附图为本发明的说明性的示例以便本领域技术人员能够实践本发明。要注意的是，下面的附图和示例并不意味着将本发明的范围限制到单个实施例，而是可以通过替换所述的或所示的元件的部分或全部来实现其他实施例。另外，在通过使用已知的部件可以部分或全部实施本发明的特定元件的情形中，将仅描述那些对理解本发明是必要的已知部件的部分，并且这些已知部件的其他部分的详细描述将被省略以便不会混淆本发明。正如本领域技术人员清楚的，除非特别指出，描述为被软件实施的实施例不应该限制于此，而可以包括在硬件中实施的实施例，或在软件和硬件的组合中实施的实施例，反之亦然。在本说明书中，除非另有清楚的说明，示出单个部件的实施例不应该看作限制于此；相反，本发明应该包括其他包含多个相同部件的实施例，反之亦然。而且，同样除非清楚地指出，申请人不意图使在说明书或权利要求书中的任何术语表示不普遍的或特定的含义。而且，本发明包含这里通过示例方式提出的已知部件的现在和将来已知的等价物。在用于帮助光学量测结果的解释的光学成像系统(包括投影光刻系统)中，将所测量的波前数据表达成多项式形式是便利的。泽尔尼克多项式经常用于这种目的，这是因为它们由与通常在光学系统中观察到的波前像差类型相同的项构成。泽尔尼克系数提供了完整的正交基以描述所述像差。关于泽尔尼克多项式的细节可以在James C. Wyantand Katherine Creath 的 Applied Optics and Optical Engineering, vol. XI,AcademicPress, (1992) ISBN 0-12-408611-X 的题目为 “Basic Wavefront Aberration Theory for Optical Metrology”的书籍的第一章pp-28-39中找到。在本申请中，我们使用泽尔尼克作为非限制性的示例以证明所述方法学和表明可以以针对于每一泽尔尼克系数的线性响应来设计量测器。然而，应当注意到，设计方法学可能的确被拓展至具有类似的特性的任何其他的像差基。本申请描述了设计具有对用于描述光刻术系统中的光学子系统(例如具有可调节的旋钮的投影光学系统)的效应的波前像差项(诸如像差泽尔尼克)的优化的响应的量测器的方法，其有意地将像差引入到所述系统中。在光刻术情形中，监控像差以用于精确地控制引入的像差，变得越来越重要。对像差项的变化的期望的响应可以是线性的，但是本领域技术人员将认识到本申请不仅限于产生线性响应。此处公开的方法是通用的，足以产生任何种类的定制的响应，线性的或非线性的。一些模拟软件采用非线性优化过程产生非线性的量测器响应。然而，在特定的情形中，对光刻过程参数的线性响应变得尤其具有吸引力非线性优化方法通常是迭代方法，其是耗费时间的。相反，如果期望的响应是线性的，那么可以采用简单的矩阵操作。线性方法另外更加免除于局部优化问题。如果响应是复杂的非线性响应，那么我们不能保证优化方法找到真实的全局的方案。另外，为优化过程选择正确的步长成为一问题。如果在优化中使用的步长不是满意的，那么优化可能具有振荡或非常慢的收敛。如果响应是线性的，那么这样的问题是无关紧要的。非线性优化可能使得量测器选择过程相当困难。期望在校准或波形重构过程中选择具有大的灵敏度的好的量测器，以改善校准精度和收敛速度，然而，当响应是非线性的时，我们可以以下述假定结束在名义条件附近具有大的灵敏度的好的量测器被首先选择出。不幸的是，在实际的扫描操作中，如果条件不同于名义条件，则所选择的“好”的量测器表现出相当差的灵敏度。线性响应导致来自量测器的均匀的响应。为此原因，在一些应用中，诸如扫描器的时间漂移被使得返回至参考基准性能的应用中，或在可调节的投影光学装置应用中，其中实时的波前重构可能是有用的，线性响应的量测器是优选的。另外，因为作为选择线性响应的校准的度量的德耳塔测量(即响应参数之间的差别，而非响应参数的绝对值)可能减小测量中的一些共同的误差源，其可能进一步改善校准精度。注意到，像差泽尔尼克(或其它多项式系数)可以混合，引入一些非线性至所述响应。然而，在大多数切合实际的假定中，泽尔尼克混合不是非常重要的。此外，即使泽尔尼克项相互混合，一个简单的线性方程组也可以被求解以重构所有的泽尔尼克。另外，注意到，替代增加至芯片-设计布局的单独的量测器/测试图案，光刻操作者可以使用来自实际目标芯片的一组测试图案(布局可以由客户提供)，其被指定用作测试图案。这样，一些实际状态(real estate)可以被保存为I设计布局。然而，为了实现期望的线性(或以其他方式定制的)响应，可能需要量测器被设计成成对的，每对包括彼此对称的两个测试图案。对于任意的客户图案，这可能是不可行的。尽管如此，本领域技术人员将认识到本发明的范围不限于特定设计的测试图案。A.执行本发明的示例性实施例的光刻系统中的总体环境 在讨论本发明之前，简要描述有关整体模拟和成像过程。图I示出示例性的光刻投影系统10。主要部件是光源12，其可以是例如深紫外准分子激光源，或包括EUV波长的其他波长的光源；照射光学元件，其限定部分相干性，并且可以包括特定的光源成形光学元件14、16a以及16b ;掩模或掩模板18 ;以及投影光学元件16c，其将掩模板图案的图像形成到晶片平面22上。光瞳平面处的可调节的滤光片或孔20可以限制入射到晶片平面22上的束角范围，其中最大可能角度限定投影光学元件的数值孔径NA = sin(0max)o在光刻模拟系统中，这些主要的系统部件可以通过独立的功能模块描述,例如如图2所示。参照图2，功能模块包括设计布局模块26，其限定目标设计布局；掩模布局模块28，其限定将要在成像过程中采用的掩模；掩模模型模块30，其限定将要在模拟过程中使用的掩模布局的模型；光学模型模块32，其限定光刻系统的光学部件的性能；以及抗蚀剂模型模块34，其限定在给定过程中使用的抗蚀剂的性能。正如所熟悉的，模拟过程的结果产生例如结果模块36中预测的CD和轮廓。更具体地，要注意的是，在光学模型32中获取照射和投影光学元件的属性，光学模型包括但不限于ΝΑ-σ设定以及任何特定照射源形状，其中σ (或西格马)是照射器的外部径向范围。涂覆在衬底上的光敏抗蚀剂层的光学属性，即折射率、膜厚度、传播和偏振效应，也可以被获取作为光学模型32的一部分。掩模模型30捕捉掩模板的设计特征并且还可以包括掩模的详细物理属性的表示。最后，抗蚀剂模型34描述在抗蚀剂曝光、PEB以及显影期间发生的化学过程的效果，以便预测例如形成在衬底晶片上的抗蚀剂特征的轮廓。模拟的目标是为了精确地预测例如边缘定位和CD，其随后可以与目标设计进行对比。目标设计通常被限定为预OPC掩模布局，并且将以标准数字文件形式(例如GDSII或OASIS)提供。本领域技术人员将理解，输入的文件格式是无关紧要的。B.本发明的示例方法在共同拥有的共同未决的美国专利申请no. 13/128，630、题目为“Methods andSystems for Parameter-Sensitive and Orthogonal Gauge Design for LithographyCalibration”中，设计量测器的方法学已经被公开，以最大化对于每一光刻参数的灵敏度，用于改善对诸如测量的不精确度的随机误差的鲁棒性。在这一应用中，类似的方法被用于最大化泽尔尼克的灵敏度。然而，典型的高度非线性的泽尔尼克效应仍然使得难以发现精确的泽尔尼克值。所述方法的增加的特征用于设计包括一对测试图案的量测器，使得来自两个图案的两个被测量的CD (临界尺寸)值之间的差别的灵敏度被针对于光刻术过程参数变化最大化。这样的CD (或其它响应参数)的差别将消除共同的误差源，诸如测量偏移。另夕卜，该两个图案被以特殊的方式设计，使得所形成的CD差别还消除了对于泽尔尼克变化的所有的特定阶(诸如偶数阶)的响应。因此，量测器对于每一泽尔尼克系数具有大致线性的响应，其导致有效的泽尔尼克监控。在由H. Nomura 发表在 Japan. J. Appl. Phys. Vol. 40 (2001) pp. 6316-6322 上的文章“Accurate Measurement of Spherical and Astigmatic Aberrations by a Phase ShiftGrating Reticle”中提出像差监控方法，像差通过对称的且旋转的重复的相移光栅来监控。所述方法需要相移掩模，和具有对节距和可调整的掩模参数具有额外的约束。另外，它需要具有有限的填充因子的照射源，这不总是切合实际的。本发明的方法的确不需要相移掩模，且对节距、可调整的掩模参数和照射源具有少得多的约束。看到，CD通常以二次方形式响应于泽尔尼克。使用以相同的二次方系数响应于泽尔尼克的成对的结构，可以确保CD的差别在泽尔尼克上是线性的。
不同的测试图案结构可以被设计用于对于不同的像差泽尔尼克项的定制的响应。例如，镜像对称结构可以用于表示慧差项的泽尔尼克项；旋转90度的结构可以用于表示像散的泽尔尼克项等。实际上，这样的设计针对于除球差项之外的所有泽尔尼克项起作用。基本思想是设计两个或更多个测试图案(可能是不同的倾斜角度)，即使它们的二次响应可能是不同的。设计者可以对于每一图案使用不同的权重，CD的线性组合将略去二次响应，其导致线性响应。图3显示示出在本申请中描述的方法的一些关键步骤的流程图。在步骤S302中，数学级数展开被生成作为光刻响应参数的近似，作为波形像差项的函数。波前像差项可以是泽尔尼克系数。在步骤S304中，一组展开项被从数学级数展开中选择出。在步骤S306中，成本函数被生成，包括被选择的展开项。在步骤S308中，成本函数被求解以定义该组测试图案的参数，同时将所述被选择的展开项中的至少一部分基本上约束成零。作为示例，我们假定具有两个图案P1和P2,它们的⑶可以被很好地近似成泽尔尼克项的二次多项式(步骤S302和S304)CD1 = CD01 + OlZn + bxz；(方程 A)(7λ = (7),Γ + L^zn + Ix z]其中，⑶i和CD2分别是图案P1和P2的CD，OTtll和OTtl2被称为拟合的名义条件⑶，B1和a2被称为线性灵敏度，h和b2被称为二次方灵敏度。假设，我们对于两个图案使用权重W1和w2，使得我们使用以下度量来监控泽尔尼克变化CD = W1CD^W2CD2 (方程 B)那么，所述问题变成识别两个常数W1和W2和两个图案P1和P2,以在约束条件ψ^,+wA = O下(步骤S308)最大化示例性的成本函数(CF)(步骤S306)
Ιμ +μ ΙCF='。-:丨(方程 C)
VmT +W图4显示两个图案Pl和Ρ2(每个图案包括一系列的线和条)以及两个⑶(⑶1402和⑶2404)。⑶I和⑶2项被针对于泽尔尼克项Zn绘制，它们分别是二次的。然而，所组合的响应410，即方程C中的项CD是基本上线性的。对于不同的泽尔尼克项(即当Zn中的η变化时)，响应410的斜率可能变化，但是该响应或多或少是保持线性的。我们可以应用通常的非线性方法，诸如高斯-牛顿方法、利文贝格-麦夸特(Levenberg-Marquardt)算法、梯度下降算法、模拟退火、遗传算法等,来解决所述优化问题，其导致了对于任意的泽尔尼克项和任意的照射源形状的通解。我们还可以以下述的示例性方式简化所述解a)在约束条件Id1 ^ O下，识别出具有最大的可能的线性灵敏度Q1的图案P1 ；b)在约束条件b2 ^ O下，识别出具有最小的可能的线性灵敏度％ (它可能是负值)的图案P2;c)在约束条件b3< O下，识别出具有最大的可能的线性灵敏度Ci3的图案P3;d)在约束条件b4< O下，识别出具有最小的可能的线性灵敏度^ (它可能是负值)的图案P4 ；e)对于图案？1和己，如果Id1 = 0，那么图案P1本身就是具有线性响应的图案，我们可以使用该单个图案作为具有CD1的最终设计的候选，作为用于监控泽尔尼克变化的度量；类似地，如果b2 = 0，那么我们可以使用该图案P2作为具有CD2的最终设计的候选，作为用于监控泽尔尼克变化的度量；在其他情况下，匕和b2都是 非零的，我们不失一般性地假设Ib1I彡|b2|，那么我们使用由(P1;P2)构成的图案对作为具
有⑶' +CD2的候补方案，作为用于监控泽尔尼克变化的线性度量；f)针对于在图案P1,
P2, P3和P4中的任何其余对图案来重复步骤e)，并使用具有最大的线性灵敏度的图案或图案对最为我们的量测器。注意到，在照射源形状具有如在之前的部分中提及的特定对称性时，图案可能刚好是对称的，具有相同的二次方灵敏度，但是线性灵敏度相反。因此，所述方法可以被认为是比之前的方法是更加具一般性。作为表达为泽尔尼克项的像差的背景，我们在此简短地讨论霍普金斯(Hopkins)理论和传递交叉系数(TCC)。空间图像Al可以表达为^/(-VjO = Xii ,, A{k^k 2)^k. ,. M {k\ - k^k\_ - kz )/.(/<[ J\)exp(-/k[x - jk\y)
~A{k^ky—y y Mik^klX -k2)L{k[X)
__ kl'kl ki'hM"\k\ - k”k ':(A1Oexpi-W1. - k\ )x - j{k'2 - k'2)y)___ y雄'，k I、'1 人k' + k'，k: + k L、k' + k ” k: + k )
A! 1 '-1'"'- _M{!< ^ k ； )M(!<," J<'\ ) exp(- /(!<- k\ )x- j(k2 - k "z )y) _=[/'(Y，k'z)M。(k；,k)exp(-/(^； -k )x - ./(々_: - k)>)]其中“= Yjk^Aikl,LJ2Likl +k'.,k: +k:y:(k' +k'[,k2 +k_)AI(x，y)是空间域中的空间图像。A(k1;k2)是来自源光瞳平面上的点k的源振幅。Ukpk2)是透镜光瞳平面上的点(k1;k2)的投影光学装置振幅和相位函数，在本公开内容中也被称作为“透镜光瞳图像”。在空间域中的投影光学装置函数将由投影光学装置造成的对穿过投影光学装置的光的变形(例如振幅的变形、相位的变形或这两者的变形)表达为位置的函数。M(k1; k2)是空间频域中的掩模函数(即设计布局函数)，和可以通过傅里叶变换从空间域中的掩模函数获得。空间域中的掩模函数将由掩模弓I起的对通过掩模的光的变形(例如振幅的变形、相位的变形或这两者的变形)表达为位置的函数。更多的细节可以在例如美国专利No. 7，587，704中找到，通过参考将其全部内容并入本文中。空间域中的函数可能被通过傅里叶变换变换成空间频域中的对应的函数，反之亦然。此处，X和k都是矢量。还注意到，尽管在给定的例子中，上文的方程是由标量成像模型获得，但是这种形成机制还可以拓展至矢量成像模型，其中TE和TM或其它偏振光分量被单独求和。可以被看做成矩阵，其包括除掩模之外的光刻投影设备的光学性质。还注意到，TTC矩阵是厄尔米特矩阵(Hermitian)，即=tCCk;'k:_‘。如果仅使用TCC“以的主本征值，使用上文等式计算空间图像可以被简化。具体地，当tccHK被对角化和在最大R本征值上被保留时，
TCC......可以被近似为=[木也(H)也(H)，其中=λ r, (r
= 1，...，R)是R最大的本征值，是对应于本征值\的本征矢量。在实际的光刻投影设备中，对于泽尔尼克系数zn, TCC^M可以被很好地近似为
TCCk:—U TL C“《 (^nO ) + aTCC,n,ki,k'2,kl,lJ2^π" ) ^ ^TCC^ )k^.kl.kS2'^ ' aTCCja1M^lkl 和 bTCC\ra-mk:_ 是与 Zn 独立的。因此，如果 kl^Jl.kS2^，被计算，作为 Zn 的函数的7^是已
知的。(Zntl)可以被直接由名义条件Zn = znQ计算。系数
可以由一组Zn的已知值拟合，或可以被导出作为偏导数，其细节可以在共同转让给本申请人的美国专利申请No. 12/315,849中找到，其公开内容通过引用整体并入本文中。如果七 义‘^和^^^以被计算’那么空间图像么〗的计算
可以通过使用关于Zn的展开式被进一步简化Al (zn) ^ Al (zn0) + a 1>n(zn_zn0) +b^n(zn_zn0)2注意到，AI(Zntl), &Ι,η，和1^,η被称作为准空间图像，其可以分别由掩模图像以及tccWM)，，和匕计算。此外，注意到，这些准空间图像都独立
于Zn°对于具有透镜光瞳图像L(k1; k2)和源光瞳图像A(k1; k2)的光学装置，所得的TCC为TCCk, k' k,' A；, =L1J碌丨，々2) L(Ji\ + 众丨，々2 + kry )Zy (Jiy + 々丨·免2 + ^2)]利用泽尔尼克系数Zn，透镜光瞳图像被表达为L(Iipk2) = L0Qi1, k2) exp (j (zn-zn0)PnQi1, k2)),其中LtlGi1, k2)为对于zn = zn0的名义透镜光瞳图像，Pn(k1； k2)是对应于Zn的核心(kernel)图像(或泽尔尼克多项式)。为了简化所述表示法，我们假设不失一般性Zntl =
O,即L(k1;k2) = Lci(k1; k2) exp (jznPn(k1; k2))。本领域技术人员将认识到此后的所有论述对于非零的Zntl是有效的。我们假定我们的名义条件被设定成使得所有Zntl = 0，因此LtlG^k2)除了可能具有离焦之外，是无像差的。结果，Ltl(I^k2)是旋转对称的，即，对于任何两个频率对(k' 1;k' 2)和(k" 1;k" 2)，无论何时 k/ 2+k2' 2 = k/ 2+k2" 2，都有 LQ(k' 1；k' 2) = L0(k"2)。TCC 拟合过程可以被看做成泰勒展开，其中
权利要求
1.一种设计一组测试图案的方法，所述测试图案被经由投影光刻系统成像，所述组测试图案包括与投影光刻系统的预定义的波前像差项相关的光刻响应参数，所述预定义的波前像差项以数学方式表示波前像差的特性，所述方法包括以下步骤 a)生成为预定义的波前像差项的函数的数学级数展开，作为光刻响应参数的近似； b)从所述数学级数展开选择一组被选择的展开项； c)生成包括所述被选择的展开项的成本函数；和 d)求解所述成本函数以定义所述组测试图案的参数，同时将未被选择的展开项中的至少一部分约束成基本上为零。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述组测试图案包括一个或更多个测试图案。
3.根据权利要求I所述的方法，其中所述方法包括下述中的一个或两者使用针对于测试目的特别设计的一组图案，和将从器件层的设计布局选择的一组图案用作所述组测试图案。
4.根据权利要求I所述的方法，其中所述组被选择的展开项包括一个或更多个展开 项。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述组被选择的展开项表示所述数学级数展开中的线性近似部分。
6.根据权利要求I所述的方法，其中所述预定义的波前像差项包括泽尔尼克项。
7.根据权利要求I所述的方法，其中所述步骤a)至d)被针对于单独的波前像差项顺序执行。
8.根据权利要求I所述的方法，其中生成为所述预定义的像差项的函数的数学级数展开的步骤包括同时生成作为多个预定义的像差项的函数的数学级数展开，用于定义所述多个预定义的像差项的参数。
9.根据权利要求I所述的方法，其中所述光刻响应参数包括下述参数中的一个或更多个CD、图案偏移、聚焦偏移和两个特征之间的间距。
10.一组经由投影光刻系统成像的测试图案，所述组经由投影光刻系统成像的测试图案被根据前述权利要求中任一项所述的方法来设计，用于对所述预定义的波前像差项的变化生成预定义的响应。
11.根据权利要求10所述的一组经由投影光刻系统成像的测试图案，其中所述预定义的响应是基本上线性的。
12.—组经由投影光刻系统成像的测试图案，所述组经由投影光刻系统成像的测试图案是基本上二元的测试图案和包括与所述投影光刻系统的预定义的波前像差项相关的光刻响应参数，所述预定义的波前像差项用数学方式表示波前像差的特性，其中所述组经由投影光刻系统成像的测试图案产生相对于所述预定义的波前像差项的变化的基本上线性的响应。
13.根据权利要求12所述的一组经由投影光刻系统成像的测试图案，其中所述预定义的波前像差项包括泽尔尼克项。
14.一种掩模版，所述掩模版经由使用光刻投影系统进行的光刻过程被至少部分地成像，其中所述掩模版包括根据权利要求12所述的一组经由投影光刻系统成像的测试图案。
15.根据权利要求I所述的方法，其中所述成本函数包括下述中的一个或更多个临界尺寸、重叠、侧壁 角(SWA)以及聚焦偏移。
全文摘要
本发明公开了用于对波前像差具有定制的响应的图案设计的方法和系统。本发明涉及用于设计量测器图案的方法和系统，其对参数变化尤其灵敏，因此在对用于成像具有多个特征的目标设计的光刻过程的校准中对随机的和重复的测量误差是鲁棒性的。所述方法可以包括以优化的辅助特征位置识别最灵敏的线宽/节距组合，其导致了对光刻过程参数变化的最灵敏的CD(或其它的光刻响应参数)变化，诸如波前像差参数变化。所述方法还可以包括设计具有多于一个测试图案的量测器，使得量测器的组合的响应可以被定制以生成对波前相关的或其它的光刻过程参数的特定响应。对参数变化的灵敏度导致了对随机的测量误差和/或任何其它的测量误差的鲁棒性性能。
文档编号G03F1/36GK102866590SQ20121023258
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月5日 优先权日2011年7月8日
发明者冯函英, 曹宇, 叶军, 张幼平 申请人:Asml荷兰有限公司