用于三维图案形成装置的光刻模型的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年2月22日递交的美国临时申请61/768, 228的权益，其在此 通过参考全文并入。
技术领域
【背景技术】
[0003] 可以将光刻投影设备用在例如集成电路（IC)的制造中。在这种情形中，图案形成 装置（例如掩模）可以包含或提供对应于IC的单个层的至少一部分的电路图案（"设计布 局"），并且这一电路图案可以通过例如穿过图案形成装置上的电路图案辐射目标部分的方 法，被转移到已经涂覆有辐射敏感材料（"抗蚀剂"）层的衬底（例如硅晶片）上的目标部 分（例如包括一个或更多的管芯）上。通常，单个衬底包含被经由光刻投影设备连续地、一 次一个目标部分地将电路图案转移到其上的多个相邻目标部分。在一种类型的光刻投影设 备中，整个图案形成装置上的电路图案一下子被转移到一个目标部分上，这样的设备通常 称作为晶片步进机。在一种替代的设备（通常称为步进扫描设备）中，投影束沿给定的参 考方向（"扫描"方向）在图案形成装置上扫描，同时沿与该参考方向平行或反向平行的方 向同步移动衬底。图案形成装置上的电路图案的不同部分渐进地转移到一个目标部分上。 因为通常光刻投影设备将具有放大率因子M(通常〈1)，所以衬底被移动的速度F将是投影 束扫描图案形成装置的速度的M倍。关于在此处描述的光刻装置的更多的信息可以例如参 见美国专利No. 6, 046, 792,在此处通过参考将其并入本文中。
[0004] 在将电路图案从图案形成装置转移至衬底之前，衬底可能经历各种工序，诸如涂 底、抗蚀剂涂覆以及软焙烤。在曝光之后，衬底可能经历其它工序，例如曝光后焙烤（PEB)、 显影、硬焙烤以及对所转移的电路图案的测量/检验。这一系列的工序被用作为制造器件 (例如IC)的单个层的基础。之后衬底可能经历各种过程，诸如蚀刻、离子注入（掺杂）、金 属化、氧化、化学机械抛光等，所有的这些工序都是用于最终完成器件的单个层。如果器件 需要多个层，那么将不得不对于每一层重复整个工序或其变形。最终，器件将设置在衬底上 的每一目标部分中。之后这些器件通过诸如切片或切割等技术，将这些器件彼此分开，据此 独立的器件可以安装在载体上，连接至引脚等。
[0005] 如注意到的，微光刻术是集成电路的制造中的核心步骤，其中在衬底上形成的图 案限定了IC的功能元件，诸如微处理器、存储器芯片等。类似的光刻技术也用于形成平板 显示器、微机电系统（MEMS)以及其它器件。
[0006] 随着半导体制造工艺不断发展，功能元件的尺寸被不断地降低，同时每一器件的 功能元件（诸如晶体管）的数量在数十年来一直遵循通常称为"摩尔定律"的趋势而稳步 地增长。在现有技术的情形下，通过使用光刻投影设备来制造器件的层，该光刻投影设备使 用来自深紫外照射源的照射将设计布局投影到衬底上，从而产生具有充分地低于IOOnm的 尺寸的独立的功能元件，即该功能元件的尺寸小于照射源（例如，193nm照射源）的辐射的 波长的一半。
[0007] 印刷具有小于光刻投影设备的经典的分辨率极限的尺寸的特征的过程，通常被称 为低h光刻术，其基于分辨率公式CD=Ic1XA/NA，其中A是所采用的辐射波长（当前在 大多数情形中是248nm或193nm)，NA是光刻投影设备中的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Ic1是经验分辨率因子。通常，ki越小， 在晶片上复现图案（类似由电路设计者为获得特定的电功能和性能而设计的形状和尺寸） 变得越困难。为了克服这些困难，复杂的精细调节步骤被应用于光刻投影设备以及设计布 局。这些例如包括但不限于NA和光学相干性设定的优化、定制的照射方案、相移图案形成 装置的使用、在设计布局中的光刻邻近效应校正（0PC，有时称为"光学和过程校正"）或通 常被定义成"分辨率增强技术（RET)"的其它方法等。如此处使用的术语"投影光学装置"应 当被广义地解释成包括各种类型的光学系统，例如包括折射式光学装置、反射式光学装置、 孔阑和折射反射式光学装置。术语"投影光学装置"还可以统一地或单独地包括根据用于 引导、成形或控制辐射投影束的这些设计类型中的任一种进行操作的部件。术语"投影光学 装置"可以包括在光刻投影设备中的任何光学部件，而不管光学部件处于光刻投影设备的 光路上的哪一位置上。投影光学装置可以包括用于在辐射穿过图案形成装置之前成形、调 整和/或投影来自源的辐射的光学部件，和/或用于在辐射穿过图案形成装置之后成形、调 整和/或投影光的光学部件。投影光学装置通常不包括源和图案形成装置。
【发明内容】
[0008]作为一个例子，光学邻近效应校正解决的问题是被投影到衬底上的设计布局的图 像的最终尺寸和定位将不与图案形成装置上的设计布局的尺寸和定位一致或不仅仅只依 赖于图案形成装置上的设计布局的尺寸和定位。注意到，术语"掩模"、"掩模版"、"图案形成 装置"在此处是可以相互通用的。此外，掩模和掩模版可广义地称为"图案形成装置"。另 外，本领域技术人员将认识到，尤其是在光刻术模拟/优化的情形中，术语"掩模" / "图案 形成装置"和"设计布局"可以相互通用，这是因为在光刻术模拟/优化中，物理图案形成装 置不是必须使用的，而是可以用设计布局来代表物理图案形成装置。对于在一些设计布局 上出现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在一定程度上将受其 它邻近特征的存在或不存在的影响。这些邻近效应由于从一个特征耦合至另一特征的微小 量的光而产生和/或由非几何光学效应（诸如衍射和干涉）产生。类似地，邻近效应可能 由在通常在光刻术之后的曝光后焙烤（PEB)、抗蚀剂显影和蚀刻期间的扩散和其它化学效 应产生。
[0009] 为了使设计布局中的投影图像与给定的目标电路设计的需要一致，需要使用复 杂的数值模型针对于设计布局的校正或预变形来预测和补偿邻近效应。文章"Full-Chip LithographySimulationandDesignAnalysis-HowOPCIsChangingICDesign'，，C. Spence,Proc.SPIE，Vol. 5751，pp1-14 (2005)提供了当前的"基于模型的"光学邻近效应校 正过程的概述。在典型的高端设计中，设计布局的大部分特征通常需要一些修改，用以实现 投影图像对于目标设计的高保真度。这些修改可以包括边缘位置或线宽的位移或偏置以及 "辅助"特征的应用，所述"辅助"特征用来辅助其它特征的投影。
[0010] 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 设计涉及良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"， 而是经验性的迭代过程，其不总是能补偿所有可能的邻近效应。因此，OPC效果（例如在应 用OPC和任何其它的RET之后的设计布局）需要通过设计检查进行验证，S卩，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图案形成装置图案中的 概率。这是由在几百万美元的范围内运行的制造高端图案形成装置的巨大成本驱动的，以 及由如果已经制造了实际图案形成装置而重新加工或重新修复它们对周转时间的影响所 驱动。
[0011] OPC和全芯片RET验证都可以基于如例如在美国专利申请No.10/815, 573和文章 题目为"OptimizedHardwareandSoftwareForFast,FullChipSimulation",Y.Caoet al.，Proc.SPIE，Vol.5754, 405 (2005)中所描述的数值模型化系统和方法。
[0012] -种RET与设计布局的全局偏差的调节有关。全局偏差为设计布局中的图案与打 算印刷在衬底上的图案的差异。例如，25nm直径的圆形图案可以通过设计布局中的50nm直 径的图案印刷到衬底上，或者通过设计布局中20nm直径的图案而用大剂量印刷到衬底上。
[0013] 除了对设计布局或图案形成装置（例如0PC)的优化之外，照射源也可以被优化， 或者与图案形成装置优化一起进行优化或单独地进行优化，致力于改善整体的光刻保真 度。在本文中术语"照射源"和"源"可以相互通用。自20世纪90年代起，已经引入了许多 离轴照射源（诸如环形的、四极以及双极的），并且为OPC设计提供了更大的自由度，从而改 善了成像结果。已知，离轴照射是一种分辨包含在图案形成装置中的精细结构（即目标特 征）的经证实的方式。然而，在与传统的照射源相比较时，离轴照射源通常为空间图像（Al) 提供较低的光强度。因此，需要试图优化照射源，以在更精细的分辨率和降低的光强度之间 获得优化的平衡。
[0014]例如，在Rosenbluth等题目为"OptimumMaskandSourcePatternstoPrint AGivenShape"，JournalofMicrolithography,Microfabrication,Microsystems l(l)，pp. 13-20,(2002)的文章中，可以发现诸多的照射源优化方法。所述源被细分成多 个区域，每一区域对应于光瞳光谱的特定区域。之后，假定源分布在每一源区域中是均匀 的，且对于过程窗口优化每一区域的亮度。然而，这样的假定"源分布在每一源区域中是 均匀的"不总是有效的，因此这一方法的有效性受到影响。在Granik的题目为"Source OptimizationforImageFidelityandThroughput'，,JournalofMicrolithography,Mi crofabrication,Microsystems3 (4)，pp. 509-522，（2004)的文章中阐述的另一例子中，综 述了几个现有的源优化方法，提出了基于照射器像素的方法，该方法将源优化问题转换成 一系列非负的最小二乘优化。虽然这些方法已经证实了一些成功，但是它们典型地需要多 个复杂的迭代以收敛。另外，可能难以为一些额外的参数（诸如在Granik方法中的y)确 定适合的值/优化的值，这些额外的参数规定了在为衬底图像保真度对源进行的优化和源 的平滑度要求之间的折衷。
[0015] 对于低Ic1光刻术，对源和图案形成装置的优化对于确保用于临界电路图 案的投影的可行的过程窗口是非常有用的。一些算法（例如Socha等.Proc.SPIE vol. 5853, 2005,p. 180)使得照射离散成独立的源点和使掩模离散成空间频率域中的衍射 级，和基于过程窗口度量（诸如曝光宽容度）独立地用公式表达成本函数（其被定义为所 选择的设计变量的函数），所述过程窗口度量可以通过光学成像模型由源点强度和图案形 成装置衍射级进行预测。此处使用的术语"设计变量"的意思是光刻投影设备的一组参数， 例如光刻投影设备的使用者可以调节的参数。应当认识到