用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的系统和方法

专利名称：用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的系统和方法
技术领域：
本发明主要涉及光学光刻，而更具体地涉及形成光刻工艺的焦点曝光 模型。
背景技术：
集成电路工业从一开始就通过以更低的成本驱动增长的器件功能而 维持了很高的成长速率。如今，上升沿器件仅仅以一部分成本提供曾经占 据整个空间的计算机的计算功能。今天的许多低成本的消费类装置包括仅 仅在几年前还无法以任何成本实现的功能，例如视频手机、超便携式媒体 播放器以及无线或超宽带互联网装置。这种增长的主要能动因素之一是光 学光刻工艺能稳定地减小最小特征尺寸的能力，所述最小特征尺寸可以作 为集成电路图案的一部分被图案化。这种在每个电路上印刷更多特征的同 时使特征尺寸和成本稳步降低的情形通常被称为"摩尔定律"或光刻"路线 图(roadmap)"。光刻工艺涉及在掩模或掩模版上形成母图像，然后将该图案忠实地复 制到器件晶片上。在设计规范内母图案被成功复制的次数越多，每个成品 器件或"芯片"的成本就越低。直到最近，除掩模水平面的图案可能比晶 片水平面的图案大几倍之外，掩模图案已经与晶片水平面的所需图案完全 相同。该缩放因子之后在晶片曝光过程中通过曝光工具的縮减比例而被修 正。掩模图案典型地通过将光吸收材料在石英或其他透射式衬底上淀积和 形成图案而被形成。然后，所述掩模被置于称为"步进机"或"扫描器"的曝光工具中，在所述曝光工具中，具有特定曝光波长的光通过掩模被引 导到器件晶片上。光透射通过掩模的透明区段，并在被吸收层覆盖的区段 上以所期望的量(通常在90%和100%之间)被衰减。通过掩模的一些区域 的光也可以以所需的相位角(典型地为180度的整分数)产生相移。在被 曝光工具收集之后，得到的空间图像图案被聚焦到器件晶片上。沉积在晶 片表面上的光敏感材料与光相互作用，以在晶片上形成所需的图案，且然 后，所述图案被转移到晶片上的下层中，以根据公知的过程形成功能性的 电子电路。近年来，被图案化的特征尺寸已经明显地小于用于转移图案的光的波 长。这种趋于"亚波长光刻"的趋势已经导致在光刻工艺中维持足够的工 艺裕量变得越来越困难。随着特征尺寸与波长的比例的降低，由掩模和曝光工具形成的空间图像丧失了对比度和锐度。所述比例由kl因子量化，被定义为曝光工具的数值孔径乘以最小特征尺寸，再被波长除。锐度的丧失 或图像模糊可以由空间图像在用于在抗蚀剂中形成图像的阈值处的斜率 量化，度量称为"边沿斜率"或"归一化图像对数斜率"(经常简写为"NILS")。在对于经济地生产可变数量的功能性器件能够进行足够控制的 情况下，NILS值越小，将图像忠实地复制到大量器件图案上就越困难。成 功的"低kl光刻"过程的目标是在kl值降低的情况下也能够维持最高NILS，由此能够实现所得过程的制造能力。用于在低kl光刻中增加NILS的新方法已经导致在掩模上的母图案，所述母图案与最终的晶片水平面上的图案不完全相同。掩模图案经常在图 案尺寸作为图案密度或间距的函数的情况下被调整。其他技术涉及在掩模 图案("衬线"、"锤头"或其他图案)上额外增加或减少拐角，甚至涉及 将不会在晶片上复制的几何尺寸被增加。为了提高所需特征的印刷性能， 这些非印刷的"辅助特征"可以包括用于改变背景光强("灰度")的散布 条纹、？L、环、棋盘或"斑马条纹"以及在文献中记载的其他结构。所有 这些方法经常被统称为"光学邻近校正"或"OPC"。掩模也可以通过增加相移区域来变更，所述相移区域可以或不可以被 复制到晶片上。大量的相移技术在文献中详细地被描述，包括交替孔径移 相器(alternate aperture shifter)、双重曝光掩模过程、多相位跳变以及衰减相移掩模。由所述方法形成的掩模被称为"相移掩模"或"PSM"。所有这些用于在低kl条件下增加NILS的技术(包括OPC、 PSM及其他)被统 称为"分辨率增强技术"，或"RET"。所有这些经常被应用到各种组合中 的掩模上的RET的结果是在晶片水平面上形成的最终图案不再是掩模水 平面图案的简单复制。实际上，观察掩模图案并简单地确定最终晶片图案 被重叠成什么样子是不可能的。这极大地增加了在掩模被制作和晶片被曝 光之前验证设计数据的正确性的难度，以及验证RET己经被正确地应用且 掩模满足其目标规范的难度。制造高级的掩模组的成本正在稳定地增长。当前，对于高级的器件， 成本已经超过每个掩模组一百万美元。此外，反复循环时间一直是重点关 注的方面。由此，光刻工艺的计算机模拟，辅助降低成本和反复循环时间， 并已成为半导体制造的组成部分。存在多种满足光刻模拟的需要的计算机 软件技术。例如，存在基于第一种原理模型的模拟软件，所述模拟软件实 现物理和化学过程的细节模拟。然而，这种软件经常运行得极慢并因此被 限制在芯片设计的极小区域(几平方微米量级)上。该类软件工具包括 Sigma-C (Santa Clara, Calif" USA)开发的"SOLID-C"以及KLA-Tencor(San Jose, Calif., USA)开发的"Prolith"。尽管存在更快地执行和提供 模拟结果的计算机软件，但是这些软件采用被校准到实验数据的经验模型(例如，Mentor-Graphics in Wilsonville， OR,USA开发的"Calibre")。即 使对于采用经验模型的"快速"模拟，全芯片级的模拟经常需要几十个小 时到许多天。在发明名称为"System and Method for Lithography Simulation" 的美国专利No.7，003,758中描述了一种新型的、快速的和精确的途径，所 述专利的主题以引用的方式整体并入本文，所述途径在此称为"光刻模拟 系统"。如图1A示意性地所示，光刻模拟通常由多个功能步骤构成，设计/仿 真过程类似于线性流程100。在步骤110中，形成描述与半导体器件的功能 元件(例如扩散层、金属迹线、触点以及场效应管的栅极等)相对应的图 案的形状和尺寸。这些图案表示物理形状和尺寸的"设计意图"，所述物 理形状和尺寸需要通过光刻工艺被复制到衬底上，以便实现最终器件的一 定的电功能和规范。如上所述，需要对于该设计布局进行多种修改，以在用于印刷所需结构的掩模或掩模版上形成图案。在步骤120中，大量RET方法被用于设计 布局，以便接近在实际被印刷的图案中的设计意图。得到的"RET之后" 的掩模布局与在步骤110中形成的"RET之前"的设计布局明显不同。RET 之前和RET之后的布局可以被以基于多边形的分级数据文件(例如以GDS 或OASIS文件格式)提供给模拟系统。实际的掩模还将不同于几何的、理想化的和基于多边形的掩模布局， 这是因为基本的物理限制以及掩模制造过程的缺陷。这些限制和缺陷包 括例如由于掩模刻写工具的空间分辨率有限造成的圆角、可能的线宽偏 斜或偏移、以及类似于在投影到晶片衬底上所经历的效应的邻近效应。在 步骤130中，在掩模模型中，掩模的真实的物理属性可以被近似到各种复 杂度。掩模类型的具体属性(例如衰减、相移设计等)需要被掩模模型捕 获。在美国专利No.7,003，758中所述的光刻模拟系统可以例如采用基于图 像/像素的灰度表示来描述实际的掩模属性。光刻模拟的核心部分是光学模型，所述光学模型模拟在曝光工具中的 投影和图像形成过程。在步骤140中，生成光学模型。光学模型需要合并 照射和投影系统的关键参数数值孔径和部分相干设定、照射波长、照射 器源形状以及可能的系统缺陷(例如光学像差或反射光斑)。投影系统和 各种光学效应(例如高数值孔径衍射、标量或矢量、偏振以及多薄膜反射) 可以通过传输交叉系数(TCC)建模。TCC可以采用本征系扩展被分解成 巻积核。出于计算速度的需要，所述系通常基于本征值的分类被截断，导 致有限组核。所保持的核越多，截断引入的误差就越小。在美国专利 No.7,003,758中所述的光刻模拟系统允许采用非常大量的巻积核进行光学模拟，而对计算时间没有负面影响，并因此能够获得高精确度的光学模型。 见"Optimized Hardware and Software for Fast, Full Chip Simulation," Y. Cao et al.,Proc. SPIE Vol. 5474, 407(2005)。尽管在此在步骤130中生成的掩模模 型和在步骤140中生成的光学模型都被考虑成独立的模型，但是所述掩模 模型也可以在概念上被考虑成集成的光学模型的一部分。进而，为了预见在步骤160中在衬底上形成的结构的形状和尺寸，抗 蚀剂模型被用于模拟投影光与光敏抗蚀剂层的相互作用的效果，以及随后的曝光后烘烤(PEB)和显影过程。可以在第一主要模拟途径之间设置区 别，所述第一主要模拟途径试图通过评估抗蚀剂中的三维光分布，以及细 微的、物理的或化学的效应(例如层内的分子扩散和反应)预见三维抗蚀 剂结构。另一方面，通常可以允许全芯片模拟的所有的"快速"模拟途径 将它们自身限制到更经验性的抗蚀剂模型上，所述更经验性的抗蚀剂模型 将由模拟器的光学模型部分提供的两维空间图像用作输入。在光学模型和抗蚀剂模型之间的由空间图像150连接的间隔示意性地表示在图1A中。为了简明起见，在此，抗蚀剂模型可以紧跟在对其它过程(例如蚀刻、离子 注入或类似的步骤)的建模之后的事实被省略了。最后，在步骤170中，模拟过程的输出将提供关于晶片上的被印刷的 特征的预见形状和尺寸的信息，例如预见的临界尺寸(CD)和等值线。 这种预见允许光刻印刷过程的量化评估，以及所述过程是否将产生所希望 的结果。为了提供刚刚所述的预见的能力，多个拟合参数是先验未知的，需要 在校准过程中被发现或调整。校准光刻模型的各种方法已经在文献中被描 述了。通常，这些校准方法寻求在模拟的测试图案和对应的测试图案之间 的最佳的整体匹配，所述对应的测试图案被印刷到实际的晶片上并由度量 工具(例如CD-SEM或散射仪工具)测量。校准的精确度和鲁棒性对于预见所印刷的图案的CD、边沿位移以及 线端位移是需要的。经过校准的模型通常被期望用于预见与一维及二维光 学以及处理相关的具有足够精度的近似效果。公知地，经验模型的预见能 力主要被限制于图案几何空间，所述图案几何空间已经被用于校准过程中 的测试或计量结构的形状和尺寸变化所覆盖。当前的实际和趋势是包括越 来越多的测试结构变化、以在实际中尽可能宽和密集地覆盖几何空间。典 型地，成千的测量点被用于模型校准。然而，通常，模型校准主要在名义 上的或"最佳的"光学设定上进行，并因此仅仅覆盖两维几何空间。当任 何非几何参数(例如光学参数或光刻工艺参数)被改变时，推断这些所使 用的模型是困难的。另一方面，公知地，光刻工艺通常需要由其工艺窗口评估或更精确地 由所有相关的结构的共同工艺窗口评估。所述工艺窗口 (PW)的尺寸通常由曝光离焦(E-D)空间中的面积测量，在所述空间上，CD或边沿位移的变化落入可允许的范围内。见"TheExposure-DefocusForest", B丄Lin， Jpn丄Appl.Phys.33，6756(1994)。工艺窗口分析考虑到任何实际的制造过 程经过真实的参数值(例如曝光剂量和光刻投影系统的焦点设定)的不可 避免的变化。在器件设计上的所有结构的公共工艺窗口限定工艺裕量(即 对于工艺参数的变化的公差)。除了在不同的离焦设定下实现独立的、离散的模型校准之外，对于通 过在"最佳"设定上校准抗蚀剂模型和朝向剂量和离焦的变化推断来预见 OPC模型的通过工艺窗口的行为的一些近来的尝试还没有很成功。见 "High accuracy 65nm OPC verification: fUll process window model vs. critical failure ORC ", A. Borjon et al.， Proc. SPIE Vol. 5754， 1190(2005)。图 1B示出用于覆盖工艺窗口空间的多个位置，在所述工艺窗口空间中，独立 的模型校准在每个位置上被实现。在其他的工作中，对于多个焦点曝光矩 阵数据组但仅是一维线宽数据的模型校准进行尝试。见"Do we need complex resist models for predictive simulation of lithographic process performance ", B. To脆hn et al., Proc, SPIE Vol. 5376, 983(2004)。另外，"集中的"参数模型存在，在所述参数模型中，系统相对于抗 蚀剂显影的响应通过人为地改变光学模型参数而被近似，且这种模型仍能 够在一个单工艺窗口条件下对于一组测试图案很好地校准。作为另一个示例，公知地，投影系统的球差造成依赖于图案间距的焦点平移。结果，如 果在单焦点设定下测量，则通过间距的"OPC"曲线(绘出CD随间距的变化)将经历由于球差的光学效应造成的一定的调制。具有足够大数量的 可调整参数的最复杂抗蚀剂模型仍能够复制OPC曲线，并且实际上，在完 全相同的焦点设置下通过间距预见所印刷的CD，其中所述焦点设定被用 于校准。然而，模型用于推断被校准所覆盖的中间参数空间的外部的任何 位置的能力将严重受限。存在对于光刻建模的精确度和鲁棒性被增加的持续需求。显然，也存 在对于模型校准的方法学的需求，所述方法学能够超越几何变化以及关于 PW的工艺变化，在多维参数空间中预见性地建模，以便通过模拟验证高 级半导体设计的可制造性。发明内容用于形成焦点曝光模型的系统和方法针对光刻模拟模型的校准进行 介绍。所述系统和方法利用沿着参数变化的多个维度，尤其是在曝光离焦 工艺窗口空间以内的校准数据。所述系统和方法提供一组统一的模型参数 值，所述模型参数值在名义上的工艺条件下导致更好的模拟精确度和鲁棒 性，以及在遍及整个工艺窗口面积的任何点上预见光刻性能的而不需要重 新校准的能力。在一个实施例中，用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的方法包括选 择光刻工艺模型，所述模型包括光学模型模块，所述模型具有一组模型参 数，所述模型参数包括焦点、曝光，以及一组具有可变数值的拟合参数； 将光刻工艺的工艺窗口限定在焦点曝光空间中；为模型选择一组初始拟合 参数值；在工艺窗口内选择多个采样位置，所述多个采样位置包括名义上 的条件；在保持所述组初始拟合参数值恒定的同时，通过改变焦点和曝光 的数值以对应多个采样位置，采用具有所述组初始拟合参数的模型，在工 艺窗口内的多个釆样位置上生成光刻工艺的模拟结果；在工艺窗口内的所 有的多个采样位置上，将模拟结果与光刻工艺的实际结果进行比较，以产 生模拟结果和实际结果之间的总差别测量；修改所述组拟合参数值并在所 述工艺窗口内的每一个采样位置上生成进一步的模拟结果，以识别优化的 拟合参数值，以使得采用优化的拟合参数值所产生的在实际结果和模拟结 果之间的总差别测量被最小化，或者在预定的阈值以下；以及将焦点曝光 模型限定为包括优化的拟合参数值的模型，所述焦点曝光模型能够模拟在 整个工艺窗口内的任何位置上的光刻工艺。在一个实施例中，用于生成用于预见光刻工艺的能力的单工艺窗口模 型的系统包括用于存储信息的存储区域；输入装置；输出装置；存储在 存储区域中的物理模型信息；以及模型校准模块。所述存储区域与所述模 型校准模块相通信，以使得所选择的物理模型信息可以被模型校准模块访 问。所述输入装置与所述模型校准模块相通信，以使得用于限定工艺窗口 的工艺窗口限定信息可以被制成模型校准模块可获得的，以使得在所限定 的工艺窗口中的不同测试条件下从晶片的测量获得的离散测量信息可以被所述模型校准模块访问。另外，所述模型校准模块配置用于通过将所述 工艺窗口限定信息和离散测量信息用于校准所选择的物理模型信息，生成 单工艺窗口模型，以使得在所限定的工艺窗口上的光刻系统的性能可以以 两个连续可调的光学参数进行描述。生成单工艺窗口模型包括将所述离 散测量信息与模拟测量进行比较，所述模拟测量通过在保持所述物理模型 信息中的所有其他参数不变的同时变化所述两个连续可调的光学参数的 情况下，采用所选择的物理模型信息模拟光刻工艺而产生。


图1A是现有技术的光刻模拟的方法步骤的流程图；图1B是根据现有技术的方法学，示出用于多个光刻模拟模型的校准的位置图；图2A是根据本发明的一个实施例的用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的方法步骤的流程图；图2B是根据本发明的一个实施例的用于生成在工艺窗口中的任意位 置上的焦点曝光模型的方法步骤的流程图；图3A是示出根据本发明的光刻工艺的工艺窗口中的采样位置的区域 的一个实施例的图；图3B是示出根据本发明的光刻工艺的工艺窗口中的采样位置的一个实施例的图；图4A是示出根据本发明的光刻工艺的工艺窗口中的采样位置的另一 个实施例的图；图4B是示出根据本发明的一个实施例的用于校准焦点曝光模型的采 样位置的图表；图5是示出根据本发明的一个实施例的采用不同的采样方案的焦点曝 光模型的校准结果的图表；图6是归纳在焦点曝光模型校准的一个实施例和现有技术的多模型校 准之间的比较的图表；图7是根据本发明的用于形成焦点曝光模型的系统的一个实施例的框图；图8是根据本发明的光刻模拟系统的一个实施例的框图。
具体实施方式
公开了基于模型形成和模型校准的系统和方法，这依赖于不仅合并在 工艺窗口中心上的名义条件下的数据点，而且依赖于合并在工艺窗口内的 离中心一定距离的不同位置上的数据点。在最小值上，在改变至少一种工 艺参数(例如离焦参数)的同时收集校准数据，具有经过改变的工艺参数 的不同值的所有收集到的校准数据被用于模型拟合参数的校准。光刻工艺 的模型包括光学模型模块，并可以视情况包括抗蚀剂模型模块、掩模模型 模块以及其他合适的模型模块。为了简化，光刻工艺的模型的模型模块在 此被称为模型，例如，光学模型和抗蚀剂模型。在优选的实施方式中，在改变曝光剂量和离焦参数以形成工艺窗口空 间的同时，收集校准数据。所述方法以曝光剂量和离焦的所有值提供测试 结构的联合拟合，以便找到单组经过校准的拟合参数，所述拟合参数预见 工艺窗口中的任何位置上的光刻印刷过程。校准方法包括采用包括焦点 和曝光参数以及一组拟合参数的光刻工艺模型，模拟在工艺窗口中的一组 采样位置中的每一个上的光刻工艺性能，其中，光学模型的焦点和曝光参 数在拟合参数(即所有其他的模型参数)未被改变的同时，根据第一原理 变化。具有所述经过校准的拟合参数值组的模型在此称为焦点曝光模型(FEM)。焦点是曝光工具的光学参数的设定，有时也被称为离焦。所述术语"焦点"和"离焦"在此交替使用。在遍及整个工艺窗口的多个位置上被校准的焦点曝光模型与仅在一 个名义工艺条件下被校准的模型相比，更贴近地反映物理现实，且更有预见性、更精确和更具鲁棒性。光刻模拟从多维模型校准中获得的益处在于 1 )通过依赖于工艺窗口中的特征完备的采样位置之间的插入而获得的在 名义或最佳设定下的更好的模型精确度、预见能力和鲁棒性；2)在工艺 窗口内的任何插入位置上的预见图案行为的能力；以及3)焦点曝光模型 校准，与在工艺窗口中的不同离散位置上的多个独立模型的校准相比，可 以以更少的测量总数实现。从光学模型在实际中精确地捕捉真实的光学效应，而与抗蚀剂相关的参数不随着光学设定(例如通过焦点设定)改变的意义来说，校准焦点曝 光模型的方法的关键特征是光学模型和抗蚀剂模型的良好的分离能力。由 于被印刷的图案的离焦行为可以被一些物理抗蚀剂效应(例如酸扩散)部 分地补偿，而没有包括离焦数据的联合校准，所以在离焦抗蚀剂参数空间 中将存在多个均方根最小值。仅仅这些最小值中的一个是物理的和正确 的。由于具有离焦的趋势行为与抗蚀剂行为正交，所以遍及所述工艺窗口 的联合校准自动地将模型限制到正确的最小点上。因此，避免错误的"参 数集中"效应，且即使在名义曝光条件下，得到的经过校准的模型将更精 确和更具鲁棒性。换句话说，即使在名义工艺条件下，经过校准的焦点曝 光模型将能够比仅仅在名义工艺条件下被校准的模型更好地预见图案行 为。尽管"工艺窗口"最为频繁地被限定在两维曝光离焦空间中，但是在 此所述的方法不受限于所述限定。所述限定内在地反映焦点，并且计量的 变化通常对光刻工艺性能具有显著的影响。然而，通过采用可以被调整或 改变的多个或不同的参数维度生成工艺窗口概念。这种生成将帮助捕捉相 对于这些附加的参数变化的工艺裕量，并也可以对模型拟合增加进一步的 限制。附加的限制帮助使得经过校准的模型更接近实际，并因此更精确和 更有预见性。例如，在现代曝光工具中，许多光学设定在一定程度上是可 调的，包括例如照射波长或线宽、透镜设定及由此的光学像差、以及宽范 围的照射器调整。类似地，直接与抗蚀剂层属性相关的参数可以被改变或 调整。这些参数或类似的参数中的任何一个被包括在模型校准中，以从经 过改进的模型的鲁棒性或精确度受益。所述校准过程也可以利用来自生产 环境中的一组名义上相同的曝光工具的测试数据。图2A是根据本发明的一个实施例的用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的方法步骤200的流程图。在步骤212中，限定了一组测试图案，所述 测试图案将被在测试掩模上制造并釆用光刻曝光工具被印刷到测试晶片 上。这些测试图案需要覆盖邻近相互作用的全范围，所述邻近相互作用是 在考虑中的光刻工艺的特征。具有变化间距(从疏到密)的宽范围的线/ 间隔图案，以及两维图案(例如具有变化的间隙尺寸的线/间隔末端)应 当被包括。线/间隔图案跨过一维空间频率间隔，而线端部的图案覆盖两维效应，尤其是线端后移、收聚等。也能够由"图案曲线"限定两维空间， 并相应地构建测试图案，或者采用更复杂的两维测试图案，所述两维测试 图案表示在设计中发现的典型的形状，其中光刻模型将被用到所述设计上。假定如上所述分离光学效应和抗蚀剂效应的重要性，则也能够通过包 括对于确定的效应比其他图案类型更敏感的图案类型来增强校准。如果光 学效应(例如特定的光学像差或杂散光(反射光斑))被合并入模拟工具 的光学模型中，则可能的示例可以是对所述效应尤其敏感的测试图案。公 知地，确定的图案类型示出对于光学效应特殊的敏感性，例如，线对对于 彗差，以及砖墙图案对于三箔片。这种光学像差或反射光斑的测试图案， 能够与对应的过程变量结合，还可以进一步提高模型分离和校准性能。通 常，特殊的图案类型可能具体地与特定的模型参数相关。这些图案类型例 如可以被敏感性分析识别，且可以在模型优化过程中被给出对应的权重。考虑模型校准中的光学像差的另一个方法是直接采用由为光学像差 测量专门设计的工具独立地测量到的光学像差。光学像差测量工具的一些示例包括由扫描器供应商提供的在扫描器台上的自测量工具(例如ASML 提供的ILIAS以及Litel Corp提供的其他工具)。在这种情况下，在模型校 准中不需要包括光学像差敏感测试图案。光学像差参数在模型校准过程中 不是可调整的待校准参数，而是被固定为光学模型中的已知参数。固定的 光学参数的典型示例是源图，即照射器的准确的灰度形状和值，在模型校 准过程中，所述源图经常作为已知的不可调整的实体被测量和提供。对于 任何已知的光学参数(例如，源图、光学像差和光瞳形状)，在模型校准 过程中，它们被作为光学模型中的固定的光学参数被处理。在已经定义了所述组测试图案之后，在步骤214中，工艺窗口被限定， 且工艺窗口中的位置针对应校准被选择。所述工艺窗口通过选择工艺条件 被限定，所述工艺条件将对应模型校准以及这些变化的范围而改变。对于 典型的应用，曝光离焦空间近似地匹配或超过所期望的工艺窗口，并将被 采样位置所覆盖。所述覆盖如图3A所示，其示出在曝光离焦空间300中 的采样位置的五个区域312、 314、 316、 318和320。图3B示出在曝光离 焦(E-D)空间320中的所期望的工艺窗口 322以及五个采样位置324、326、 328、 330和332的一个实施例，所述五个采样位置包括工艺窗口 322 的中心332中的名义上的或最佳的条件以及在接近其边界的四个附加采 样位置324、 326、 328和330。在实际中，可以采用多于或少于五个的采 样位置。对于每个采样位置324-332，定义在步骤212中的所述测试图案组被 用于生成拟合参数。良好的拟合可以以减少的图案类型的数量在一些采样 位置上获得。整组测试图案(典型地在几千量级上)可以在工艺窗口322 的中心332上被测量，而数量被明显减少的图案(例如全部的百分之10-20) 被用在工艺窗口 322的外围上的采样位置324-330上。因此，焦点曝光模 型校准所需的测试图案测量的总数明显小于多模型校准，所述多模型校准 对于每个独立的采样位置分别完成，这通常被其他已有的校准方法所要 求。正如之前所述，如图3A和3B所示的曝光离焦空间通常被用于多维 校准的基础，但是替代的和附加的参数维度也可以以等价的方法被采用。回到图2A，在步骤216中，所定义的测试图案和工艺条件组被分析 用于确保相关的参数空间被足够好地覆盖。步骤216的实现可能涉及测 试图案的两维频率空间分析；采用名义上的、效果最佳的或缺省的模拟参 数对评估出的工艺窗口进行分析；以及其他方法。如果所定义的测试图案 和工艺条件不提供参数空间的足够覆盖，则在步骤218中，定义工艺窗口 中的附加的测试图案或位置。然后，所述方法回到步骤216。尽管步骤216 的分析可以被考虑为图案和参数选择的组成部分，但是在图2A中作为分 立的步骤示出，以突出以上考虑的重要性。在文献中示出，将更多的测试 图案增加给校准不会自动地提高精确度，除非附加的数据点提供相关的参 数空间的更完整的覆盖。如果所定义的测试图案和工艺条件提供参数空间的充分覆盖，则所述 方法继续步骤220。在步骤220中，对于在光学投影光刻(其为半导体制 造中的现有技术)中的应用，测试掩模采用与将在由经过校准的焦点曝光 模型描述的光刻工艺中被使用的掩模技术和制造方法相同的掩模技术和 制造方法而被制造。测试掩模包括整组之前定义的测试图案。例如，依赖 于在考虑中的光刻工艺，所述测试掩模可以是二元掩模、衰减相移掩模、或者交替相移或无络相移掩模。对于未来的光刻，光学无掩模技术将被引 入，例如采用空间光调制器替代固定的、不可变的样板掩模版。焦点曝光 模型校准将对于这些技术是同等可应用的和有益的，其中，掩模制造的步 骤可以被考虑成虚拟的。在光学无掩模光刻(OML)中，对应所选择的测试图案(由对于OML系统任选的光栅化算法计算)的空间光调制器的设定被用于替代测试掩模。在步骤222中，采用测试掩模，测试晶片被印刷在曝光工具中，所述 曝光工具表示在考虑中的光刻工艺，而且将相同的抗蚀剂参数和工艺条件用作器件制造过程。所述印刷工艺将包括将抗蚀剂层应用到晶片上，其 中所述晶片通常具有至少一个附加的抗反射层；曝光前烘烤步骤；通过将 图像从测试掩模投影到涂覆有抗蚀剂的晶片上而在扫描器或步进机中的 曝光；曝光后烘烤步骤；以及抗蚀剂显影。如果蚀刻晶片的附加步骤也是 模拟模型的一部分，则印刷工艺也可以包括蚀刻晶片的附加步骤。测试图 案的印刷采用之前定义为工艺窗口中的釆样位置的所有工艺设定来实现。 针对所有的采样位置印刷测试图案可以通过阶梯式地改变在单个衬底上 的重复曝光之间的参数或者通过分别曝光多个测试晶片来实现。在步骤224中，在被充分地处理过的晶片上的测试图案被采用合适的 度量工具测量，以生成实际的结果。步骤224可以包括采用CD-SEM或 CD-AFM的线宽和线端后移测量；两维SEM图像数据的产生和分析；CD 的光学散射仪分析；或者可以与从焦点曝光模型导出的预见的图案参数相 关联的其他测量。从所印刷的测试图案导出的实际结果需要被来自光刻工艺的所选择 的模型的模拟测试图案匹配。光刻工艺的所述模型包括一个或多个表示光 刻工艺的模型模块。所述模型包括至少一个光学模型，并可以视情况包括 抗蚀剂模型、掩模模型以及其他任何可应用的合适模型，例如在抗蚀剂模 型之后的蚀刻模型。在图2A的方法中，为了表示的简便，所述模型仅仅 包括光学模型和抗蚀剂模型。在步骤226中，用于光学模型的初始拟合参 数值被选择，且在步骤228中，用于抗蚀剂模型的初始拟合参数值被选择。 用于光学模型和抗蚀剂模型的初始拟合参数值，对于拟合参数，可以是名 义上的、缺省的或最佳估计值。对于光学模型，拟合参数是光学模型的所有可调整的参数。曝光剂量和离焦不是被考虑为可调整参数，而是将根据 第一原理变化，以对应在工艺窗口中所选择的采样位置。在步骤230中， 所印刷的测试图案采用光学模型和抗蚀剂模型被模拟。在优选的实施例中，步骤230的模拟采用在美国专利No. 7,003,758中公开的系统和方法实 现。在一个实施例中，光刻模拟系统800 (如下文结合图8所述)，被用 于实现步骤230。在步骤230中，模拟针对所有的测试图案并针对在步骤 212-216中定义的在工艺窗口中的所有位置进行以产生模拟的结果。在模 拟过程中，所述模型的曝光剂量和离焦参数根据第一原理进行变化，而所 述模型的拟合参数值(包括抗蚀剂模型的所有拟合参数)保持不变。接着，在步骤232中，然后，模拟结果的图案参数例如通过将模拟的 线/间隔或间隙宽度与对应的CD-SEM测量进行比较而与实际的结果进行 比较。替代地，"测量"可以在模拟的抗蚀剂(或蚀刻)等值线上进行， 所述等值线表示预见的被两维印刷的图案，而对于模拟图案的这些测量对 于所印刷的图案的等价测量被比较。所述测量可以涉及标量值，例如CD 或线端部后移、边沿位移误差，或者对应的两维形状的更复杂的评价。CD 测量出于说明的目的，被用于下文中的讨论中，且任何其他的图案参数的 测量可以以类似的方式使用，并处于本发明的保护范围内。为了量化模拟结果和实际结果之间的一致程度，在步骤232中，对于 工艺窗口中的每个采样位置计算所印刷的测试图案和模拟测试图案之间 的差别测量。在一个实施例中，所述差别测量由价值函数表示，所述价值 函数可以被计算用于以如下文中式1所定义的均方根(RMS)来反映模拟 的数值和测量到的数值之间的"距离"。在式1中，RMS (k)是在价值函 数的第k次迭代之后的模拟CD值和测量到的CD值之间的"距离"，M 是工艺窗口中的采样位置的总数，N是在工艺窗口中的每个采样位置上待 测量的测试图案的数量，CDmeas (Ei， Fi， TPj)是以在工艺窗口 (Ei， F》 中的第i个采样位置上的焦点和曝光值制作的第j个测试图案(TP)上的 实际CD测量，其中E是曝光剂量值而F是焦点值，且CD^u (Ei， Fi， TPj，《)是在工艺窗口中的第i个采样位置上使用焦点和曝光值的对应测试图案的模拟CD测量，其中5是一组拟合参数^=(《《...........其中L是光学模型和抗蚀剂模型的拟合参数的总数，k表示在第k次迭代之后的经过调整的拟合参数。价值函数的定义可以包括针对各种数据点或其他 调整的不同的权重因子，Wi,j。<formula>formula see original document page 25</formula>由式1计算的价值函数值被称为模拟结果和实际结果之间的RMS差， 且在一个实施例中，被用作步骤232中的差别测量。价值函数的幅度是模 拟结果和实际结果之间的拟合质量的测量，而校准过程的目标是通过改变 可调的拟合参数来优化焦点曝光模型，以最小化所述价值函数(例如，如 式2所示的RMS (k))。<formula>formula see original document page 25</formula>式2 )在步骤234中，确定是否计算得到的差别测量在预定的阈值以下。替 代地，寻求差别测量的全局最小值。如果差别测量没有被最小化或这不在 预定的阈值以下，则所述方法在步骤236中继续，在所述步骤236中，光 学模型模块和抗蚀剂模型模块的拟合参数值以一定的顺序被调整或调谐。 然后，所述方法回到步骤230，以对于光学模型和抗蚀剂模型，采用经过 调整的拟合参数值模拟所印刷的测试图案。然后，在步骤232中，在新的 模拟测试图案和所印刷的测试图案之间的差别测量被计算，而在步骤234 中，所述差别测量被评估。步骤236、 230、 232和234被重复，直到当前 的差别测量被最小化或处于预定的阈值以下为止。然后，在步骤238中，光学模型和抗蚀剂模型的当前拟合参数值被指 定为对于经过校准的焦点曝光模型的拟合参数值。然后，经过校准的焦点 曝光模型可以被用于模拟在工艺窗口内的任何位置上的光刻工艺。焦点曝光模型的校准的关键特征是包括在测试图案的模拟过程中沿 着过程参数的多个维度的数据点，典型地包括在曝光离焦工艺窗口空间中 的多个工艺设定，同时在校准过程中，对应的限制被置于拟合参数值上。 这简单地意味着，仅仅在光学模型中的已经实际被在采样位置之间的测试 晶片印刷过程中调整的工艺条件被允许用于根据第一原理在采样位置上 的测试图案的模拟中改变，例如图2A的方法中的焦点曝光剂量，且模型 的所有其他拟合参数在工艺窗口中的采样位置之间保持恒定。因此， 一组 通用的模型参数值从校准过程中得出，所述校准过程可以被用于在工艺窗口中的初始采样区域的合理邻近区域内以任何曝光剂量设定生成"新"模 型(即预见性的图案)，而不仅仅是在用于校准的准确位置上。即使光刻 工艺仅以名义上的条件被模拟，当不仅采用在工艺窗口的中心上收集到的 数据，而且采用在离工艺窗口的中心一定距离的多个位置上收集到的数据 校准焦点曝光模型时，也获得最好的性能。
图2B是根据本发明的一个实施例的用于在工艺窗口中的任意位置上
生成模型的方法步骤的流程图。在步骤252中，根据以上结合图2A所述 的方法校准焦点曝光模型。在步骤254中，选择在工艺窗口中的光刻工艺 将被模拟的位置。所选择的位置可以是工艺窗口中的任何位置，即所选择 的位置可以但不需要成为在焦点曝光模型的校准过程中所采用的采样位 置中的一个。然后，在步骤256中，通过将该组值用于经过改变的模型参 数(例如，曝光和焦点)生成模型，其中所述模型参数与对于根据第一原 理被校准的焦点曝光模型在工艺窗口中所选择的位置相对应，而所有其他 的经过校准的模型参数(即拟合参数)被保持在FEM的最终拟合值上。 然后，所述模型可以被用于在工艺窗口中的所选择位置上模拟光刻工艺的 性能。
实现了用于65nm的光刻工艺的焦点曝光模型的示例性校准。对于所 述65nm过程的模型校准，定义了总共一组近似2000个一维和二维测试 图案。为校准而选择在工艺窗口以内的十一个位置。这些位置在图4A中 示意性地示出。测试晶片针对工艺窗口中的这十一个位置被印刷。如图4B 所示，这些位置包括+/-10011111禾卩+/-15011111的焦点偏移以及离名义值的 +/-2.41%到+/-4.82%的曝光变化。多个校准运转针对于如图4B所示的十一 个位置的不同子集进行。在少于十一个的位置用于校准的情况下，剩余的 数据通过根据所测量到的测试参数值确定模拟的偏差来用于模型验证。整 组大约2000个测试图案在名义条件下(工艺窗口的中心)被使用，而在 所有其他的采样位置上仅仅包括300个测试图案(即测试图案的15%)。 所有测量都是标量CD测量，而模型的精确度通过模拟的CD值和测量到 的CD值之间的RMS偏差量化。
图5示出校准运转的结果。第二列给出在工艺窗口中用于校准的采样 位置的图形表示；来自所有剩余位置的数据被用于模型验证。在第二列的每个单元中所示的点对应于图4B所示的等价位置。校准和验证位置的数
量分别在图5的列3和4中给出。列5列出在所有位置和所有图案上的以 nm为单位的总RMS，而在任何单个采样位置上的最大RMS在最后一列 中给出。所述数量表示尽管当采用来自所有ll个采样位置的数据获得 最佳的总体拟合时，即使在将采样位置降低到沿着离焦方向仅仅3个以后， 也仅仅存在对于拟合质量的少量降低。因此，用于使用在工艺窗口中的仅
仅三个采样位置上收集到的数据校准焦点曝光模型的优选最佳实现是名
义上的条件、在名义曝光中的正离焦条件、以及在名义上的曝光中的负离 焦条件。另外，除去仅仅曝光的情况之外，在仅仅具有曝光变化的釆样位 置被选择的情况下，所有其他的结果表示模型的精确度对于在工艺窗口中 的采样位置的准确选择不敏感。用于形成经过校准的焦点曝光模型的方法 甚至允许被校准数据覆盖的参数范围以外的适度推断。
在仅有曝光的情况下，其中没有离焦数据被包括在校准中，并且仅仅 剂量有小的变化，则参数拟合过程导致错误的光学参数。所述结果不太令 人吃惊。如之前所讨论的，离焦效果可以被抗蚀剂参数(例如，扩散常数) 模仿，而在没有通过焦点数据的情况下，拟合没有被充分地限定用于生成 精确的模型参数值。因此，用于为模型校准选择非名义上的采样位置的准 则是包括用于获得拟合参数的精确最终值的至少一个离开名义焦点的采 样位置。
本发明的方法提供对于在工艺窗口中的不同离散点独立地校准模型
的当前实际上的明显益处。图6提供在两个校准途径(即分别为焦点曝光 模型的校准和多个离散模型的校准)之间的比较。在图6中，假定每个采 样位置需要N个测量，且除去名义上的采样位置之外的额外采样位置的数 量是x。因此，在现有技术的多个离散模型中，所有(l+x)个位置所需 要测量的总数为仅为(l+x) N个。相反，因为如上所述的焦点曝光模型 在额外的(即非名义上的)采样位置上需要仅仅15%的测量，所以对于全 部(l+x)各位置所需要的测量总数仅为(l+0.15x) N。另外，尽管现有 技术的多个离散测量需要在(l+x)个位置中的每个位置上的独立校准， 但是焦点曝光模型需要在所同时考虑的工艺窗口中的所有位置上的测量 的仅仅一个校准。另外，不像现有技术的多个离散模型，焦点曝光模型具有独立的公共掩模、光学和抗蚀剂模型。进而，焦点曝光模型能够在由图 2B所示的采样位置限定的整个边界内生成非限制的附加模型(即，在工 艺窗口内的非限制数量的位置上产生精确的预见)，而现有技术的多个离 散模型可能仅仅在已经被实施了独立校准的(l+x)个位置上是精确的。
图7是根据本发明的用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的系统700 的一个实施例的框图。系统700包括，但不限于输入装置712、模型校 准模块714、输出装置716和存储区段718。存储区段718包括但不限于 物理模型信息720。物理模型信息720包括但不限于光学模型信息722和 抗蚀剂模型信息724。光学模型信息722包括光学模型以及对于每个光学 模型参数的一组可能的值，而抗蚀剂模型信息724包括抗蚀剂模型以及对 于每个抗蚀剂模型参数的一组可能的值。模型校准模块714经由输入装置 712接收工艺窗口限定信息和被印刷的测试图案测量。模型校准模块714 采用工艺窗口限定信息和被印刷的测试图案测量，结合光学模型信息722 和抗蚀剂模型信息724，以生成经过校准的焦点曝光模型。经过校准的焦 点曝光模型能够在由至少两个连续可调的光学参数所描述的工艺窗口上 描述光刻工艺的性能。
图8是根据本发明的光刻模拟系统800的一个实施例的图。系统800 包括但不限于至少一个通用型计算系统，所述通用型计算系统包括但不限 于应用处理系统814a和前端处理系统814b。应用处理系统814a合适地配 置用于处理系统800的总体操作的工作管理。尤其，在一个实施例中，应 用处理系统814a包括应用处理装置836和应用SCSI RAID 838a。应用处 理装置836适合编程用于提供系统800的各种部件的操作的管理。在这个 方面，例如应用处理装置836可以被编程用于对用于加速器系统816的各 种部件的设计数据库进行分区，由此详述由加速器系统816的部件实现的 独立的工作、功能或处理。应用SCSI RAID硬盘阵列838a提供对于应用 处理装置836所使用的程序和数据(例如，设计数据库)的存储。
前端处理系统814b包括前端处理装置840，所述前端处理装置840 适合编程用于经由例如客户端计算机(未示出)处理或实现与用户或操作 者(即"外部世界")互动，所述客户端计算机为工作建立和/或结果审查 /分析而提供对系统800的操作者或用户访问。由于前端SCSIRAID838b被用于存储许多模拟工作的结果和图像，所以与前端处理装置840相关的
前端SCSI RAID硬盘阵列838b应当是高容量存储装置。前端处理系统 814b也与应用处理系统814a进行通讯，以从应用SCSI RAID 838a获取数 据，或将数据提供给应用SCSI RAID 838a (例如，设计数据库)，前端处 理系统814b向应用处理系统814a发送指令，以根据用户或操作者的指令 开始工作。
应用处理系统814a和前端处理系统814b与加速器系统816相连(例 如通过高速转换器(例如吉比特以太网(gigabit-Ethernet)转换器842a和 842b))。转换器842a和842b可以是由Dell Computer ( Austin， Tex. ， USA) 制造和提供的Dell 5224电源连接。Dell 5224电源连接的实现和操作在使 用说明书中、技术/杂志文章以及数据页中进行了详细描述，所有这些资 料在此以引用的方式并入本文中。
在一个实施例中，所有或几乎所有光刻模拟的实际的计算上的繁重任 务都可以由加速器系统816，且尤其是至少一个加速器部件816a-n执行。 该结构允许通过改变加速器硬件部件816a-n的数量，实现可升级的计算 容量。另外，所述结构也能够实现或增强系统800的总体缺陷公差。例如， 如果给定的加速器硬件部件816a-n失效，则其工作可以被重新分派给其 他的加速器硬件部件816a-n，且以这种方式，系统800维持其操作条件/ 状态。
尤其，加速器系统816可以包括至少一个加速器部件816a-n，其中每 个具有微处理器844a-n (包括至少一个微处理器)中的一个、至少一个加 速器子系统846a-n、以及与相关的微处理器系统844a-n连接的本地的或 常驻存储器存储848a-n。硬件加速能力的程度或量可以由微处理器子系统 844a-n平衡，依赖于待实现的计算的程度或量。
在一个实施例中，微处理器子系统844a-n中的每一个都包括由Intel (Santa Clara, Calif.， USA)制造的Xeon微处理器。加速器子系统846a-n 中的每个包括多个特定用途集成电路(ASIC)、专用DSP集成电路和/或 可编程门阵列(例如，现场可编程门阵列("FPGA"))。实际上，每个加 速器子系统846a-n可以包括多个加速器子系统，例如，加速度子系统846a 可以包括所有的加速器子系统846al-6ax，如图8所示。以这种方式，当充分应用时，每个加速器子系统846a-n包括几乎二十五个Xeon微处理器
的计算能力。
总线850a-n促使在微处理器子系统和相关的加速器子系统846a-n之 间进行高速通讯。总线850a-n上的通信协议和技术可以是PCI、 PCIX、 或其他高速通信协议和技术。实际上，任何高速技术，无论是目前公知的 或是以后开发的，都可以在总线850a-n上实现。注意到，在一个实施例 中，可以采用由International Business Machines Corporation (Armonk， N.Y.,USA)提供的21P100BGCPCI-X桥(64位/133MHz)实现总线接口。 21P100BGC的实现和操作在使用说明书中、技术/杂志文章以及数据页中 进行了详细描述，所有这些资料在此以引用的方式并入本文中。
以上，本发明已经参照具体的实施例进行了描述。然而，应当理解， 在不背离所附的权利要求所提出的较宽的精神和保护范围的条件下，可以 由此对上述本发明进行各种修改和改变。相应地，前面的描述和附图是说 明性的，而不是限制性的。
权利要求
1.一种用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的方法，包括选择光刻工艺模型，所述模型包括光学模型模块，所述模型包括一组模型参数，所述模型参数包括焦点、曝光以及一组具有可变数值的拟合参数；将光刻工艺的工艺窗口限定在焦点曝光空间中；为所述模型选择一组初始拟合参数值；在工艺窗口内选择多个采样位置，所述多个采样位置包括名义上的条件，并成为在工艺窗口内的所有可能的工艺条件的子集；在保持所述初始拟合参数值恒定的同时，通过以变化的与工艺窗口内的多个采样位置相对应的焦点和曝光数值模拟光刻工艺，采用具有所述初始拟合参数组的模型，在工艺窗口内的多个采样位置中的每个上生成光刻工艺的模拟结果；将在工艺窗口内的多个采样位置中的每一个位置处的光刻工艺的模拟结果与实际结果进行比较，以在所有的多个采样位置上产生模拟结果和实际结果之间的总差别测量；修改所述拟合参数数值组，并在所述工艺窗口内的多个采样位置中的每一个上生成附加的模拟结果，以识别优化的拟合参数值，以使得采用优化的拟合参数值所产生的在实际结果和模拟结果之间的总差别测量被最小化，或者在预定的阈值以下；以及将焦点曝光模型限定为包括优化的拟合参数值的模型，所述焦点曝光模型能够模拟在整个工艺窗口内的任何位置上的光刻工艺。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述焦点曝光模型被用于模拟 在工艺窗口内的单个位置处的光刻工艺。
3. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述焦点曝光模型被用于根据 第一原理在不改变优化拟合参数值的情况下，通过将与工艺窗口内的不是 多个采样位置中的一个位置相对应的焦点和曝光值应用于焦点曝光模型， 而模拟在工艺窗口内的所述位置处的光刻工艺。
4. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述模型参数组还包括除去焦 点和曝光之外的至少一个第一原理参数。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个第一原理参数包括照射源、数值孔径和光学像差中的至少一个。
6. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述光刻工艺的模型还包括抗 蚀剂模型模块。
7. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述光刻工艺的模型还包括掩 模模型模块。
8. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述多个采样位置包括仅仅以 名义上的曝光和焦点值变化的条件下的采样位置。
9. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述多个采样位置包括仅仅名 义上的条件、在名义上的曝光条件下的正离焦条件、以及在名义上的曝光 条件下的负离焦条件。
10. 根据权利要求l所述的方法，还包括为测试掩模选择一组测试图案，其中所述测试图案组覆盖邻近相互作 用的全范围，所述邻近相互作用是光刻工艺的特征；将所述测试图案组印刷到晶片上，以形成一组测试结构；以及 采用所述测试结构组产生实际的结果。
11. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述模拟结果和实际结果是 临界尺寸测量。
12. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述总差别测量是均方根差。
13. —种用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的方法，包括 在光刻工艺的预定工艺窗口内选择一组工艺条件，所述工艺条件组是在所述工艺窗口内的所有可能的工艺条件的子集，其中每个工艺条件是曝 光值和离焦值；选择光刻工艺模型，所述模型包括光学模型模块，所述模型具有一组 模型参数，所述模型参数包括焦点、曝光以及一组具有可变数值的拟合参 数；采用模型模拟在所述工艺条件组中的每一个工艺条件下的光刻工艺， 以产生模拟结果，其中所述焦点和曝光参数的值被改变为与所述工艺条件组相对应，且所述拟合参数值被保持恒定；以及通过将在所有所述工艺条件组下的光刻工艺的模拟结果和实际结果 进行比较校准所述模型，以产生能够在预定的工艺窗口内的所有可能的工 艺条件下模拟光刻工艺的单一焦点曝光模型。
14. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述焦点曝光模型被用于在预定的工艺窗口内的不是所述工艺条件组中的一个工艺条件下模拟光刻 工艺。
15. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述模型参数组还包括除去焦点和曝光之外的至少一个第一原理参数。
16. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个第一原理参数 包括照射源、数值孔径和光学像差中的至少一个。
17. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述光刻工艺的模型还包括 抗蚀剂模型模块。
18. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述光刻工艺的模型还包括 掩模模型模块。
19. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述工艺条件组包括仅仅在 名义上的曝光和变化的焦点值下的工艺条件。
20. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述工艺条件组包括仅仅名 义上的条件、在名义上的曝光条件下的正离焦条件、以及在名义上的曝光 条件下的负离焦条件。
21. 根据权利要求13所述的方法，还包括为测试掩模选择一组测试图案，其中所述测试图案组覆盖邻近相互作 用的全范围，所述邻近相互作用是光刻工艺的特征；将所述测试图案组印刷到晶片上，以形成一组测试结构；以及 采用所述测试结构组产生实际的结果。
22. 根据权利要求13所述的方法，其中，所述模拟结果和实际结果是 临界尺寸测量。
23. —种用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的方法，所述模型能够模 拟在整个工艺窗口上的光刻工艺，所述方法包括采用在一组工艺条件中的每一个工艺条件下的光刻工艺，获得被印刷在晶片上的一组测试结构的测量，所述工艺条件组成为在曝光离焦空间中 的工艺窗口内的所有可能的工艺条件的子集；采用光刻工艺的模型在所述工艺条件组中的每一个工艺条件下模拟 光刻工艺，以形成模拟结果，所述模型包括模型参数，所述模型参数包括 焦点、曝光以及具有可变数值的一组拟合参数；确定拟合参数的优化值，所述优化值产生与在所有所述工艺条件组下 的所述测试结构组的测量形成最佳拟合的模拟结果；以及将所述焦点曝光模型限定为具有拟合参数的优化值的模型。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述焦点曝光模型被用于根 据第一原理在不改变优化拟合参数值的情况下，通过将与工艺窗口内的工 艺条件相对应的焦点和曝光值应用到焦点曝光模型上，而模拟在工艺窗口 内的不是所述工艺条件组中的一个工艺条件下的光刻工艺。
25. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述模型参数包括除去焦点 和曝光之外的至少一个第一原理参数。
26. 根据权利要求25所述的方法，其中，所述至少一个第一原理参数 包括照射源、数值孔径和光学像差中的至少一个。
27. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述光刻工艺的模型包括抗 蚀剂模型模块。
28. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述光刻工艺的模型包括掩 模模型模块。
29. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述工艺条件组包括仅仅在 名义上的曝光和可变的焦点值下的工艺条件。
30. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述工艺条件组包括仅仅名 义上的条件、在名义上的曝光条件下的正离焦条件、以及在名义上的曝光 条件下的负离焦条件。
31. 根据权利要求23所述的方法，还包括为测试掩模选择一组测试图案，其中所述测试图案组覆盖邻近相互作 用的全范围，所述邻近相互作用是光刻工艺的特征；以及将所述测试图案组印刷到晶片上，以产生一组测试结构。
32. 根据权利要求23所述的方法，其中，所述测试结构组和模拟结果的测量是临界尺寸测量。
33. —种用于生成用于预见光刻工艺的能力的单工艺窗口模型的系 统，包括用于存储信息的存储区段；输入装置；输出装置；存储在存储区段中的物理模型信息；以及 模型校准模块；所述存储区段与所述模型校准模块相通信，以使得所选择的物理模型 信息能够被模型校准模块访问；所述输入装置与所述模型校准模块相通信，以使得用于限定工艺窗口 的工艺窗口限定信息能够被制成对于模型校准模块是可获得的，并使得在 所限定的工艺窗口中的不同测试条件下从晶片的测量获得的离散测量信 息能够被所述模型校准模块访问，以及所述模型校准模块被配置用于通过将所述工艺窗口限定信息和离散 的测量信息用于校准所选择的物理模型信息，生成单工艺窗口模型，以使 得在所限定的工艺窗口上的光刻工艺的性能能够以两个连续可调的光学 参数进行描述，其中，生成单工艺窗口模型包括将所述离散测量信息与模拟测量进 行比较，所述模拟测量通过在保持所述物理模型信息中的所有其他参数不 变的同时变化所述两个连续可调的光学参数的情况下，采用所选择的物理 模型信息模拟光刻工艺而产生。
34. 根据权利要求33所述的系统，其中，所述两个连续可调的光学参数是焦点和曝光。
35. 根据权利要求34所述的系统，其中，所述模拟测量采用仅仅在名 义上的曝光和可变的焦点值下的两个连续可调的光学参数值而被产生。
36. 根据权利要求34所述的系统，其中，所述模拟测量采用仅仅在名 义上的条件下、在名义上的曝光条件下的正离焦条件下以及在名义上的曝 光条件下的负离焦条件下的两个连续可调的光学参数值而被产生。
37. 根据权利要求33所述的方法，其中，所述物理模型信息包括照射源、数值孔径和光学像差中的至少一个。
38. 根据权利要求33所述的方法，其中，所述物理模型信息包括抗蚀 剂模型模块。
39. 根据权利要求33所述的方法，其中，所述物理模型信息包括掩模 模型模块。
40. —种用于形成光刻工艺的模型的方法，包括在光刻工艺的预定工艺窗口内选择一组工艺条件，所述工艺条件组成为在所述工艺窗口内的所有可能的工艺条件的子集，其中每个工艺条件是 对应至少一个参数的值；选择光刻工艺模型，所述模型具有一组模型参数，所述模型参数包括 工艺条件的至少一个参数以及一组拟合参数；采用模型模拟在所述工艺条件组中的每一个工艺条件下的光刻工艺， 以产生模拟结果，其中所述至少一个参数的值被改变为与所述工艺条件组 相对应，同时，所述拟合参数值被保持恒定；以及通过将在所有所述工艺条件组下的光刻工艺的模拟结果和实际结果 进行比较来校准所述模型，以产生能够在预定的工艺窗口内的所有可能的 工艺条件下模拟光刻工艺的单模型。
41. 根据权利要求40所述的方法，其中，所述至少一个参数是光学参数。
42. 根据权利要求41所述的方法，其中，所述光学参数是焦点。
43. 根据权利要求41所述的方法，其中，所述光学参数是光刻曝光工 具的数值孔径。
44. 根据权利要求40所述的方法，其中，所述至少一个参数是抗蚀剂 参数。
45. 根据权利要求40所述的方法，其中，所述至少一个参数包括光学 参数和抗蚀剂参数。
46. —种用于形成在名义上的条件下使用的光刻工艺的单模型的方 法，包括在光刻工艺的预定工艺窗口内选择一组工艺条件，所述工艺条件组成 为在所述预定的工艺窗口内的所有可能的工艺条件的子集，所述工艺条件组包括名义上的条件，其中每个工艺条件是对应至少一个参数的值；选择光刻工艺的模型，所述模型具有模型参数，所述模型参数包括工艺条件的至少一个参数以及一组拟合参数；采用模型模拟在所述工艺条件组中的每一个工艺条件下的光刻工艺， 以产生模拟结果，其中所述至少一个参数的值被改变为与所述工艺条件组 相对应，同时，所述拟合参数值被保持恒定；以及通过将在所有所述工艺条件组下的光刻工艺的模拟结果和实际结果 之间的差别最小化来校准所述模型，以产生单模型，其中，所述单模型被用于为在名义上的条件下的光刻工艺建模。
47. 根据权利要求46所述的方法，其中，所述至少一个参数是焦点。
48. 根据权利要求46所述的方法，其中，所述至少一个参数包括照射 源、数值孔径和光学像差中的至少一个。
49. 根据权利要求46所述的方法，还包括-为测试掩模选择一组测试图案；将所述测试图案组印刷到晶片上，以形成一组测试结构；以及 采用所述测试结构组以产生实际结果。
50. 根据权利要求46所述的方法，其中，所述校准模型的步骤还包括 将在所有所述工艺条件组下的光刻工艺的模拟结果与实际结果进行比较，以产生所述模拟结果和实际结果之间的总差别测量；以所述工艺条件组修改拟合参数值并生成附加的模拟结果，以识别优 化的拟合参数值，以使得采用优化的拟合参数值所产生模拟结果和实际结 果之间的总差别测量被最小化或者处于预定的阈值之下；以及 将所述单模型限定为包括优化的拟合参数值的模型。
51. 根据权利要求46所述的方法，其中，所述总差别测量是均方根差。
52. 根据权利要求46所述的方法，其中，所述工艺条件组包括仅仅在 以名义上的曝光和变化的焦点值下的工艺条件。
53. 根据权利要求46所述的方法，其中，所述工艺条件组包括仅仅名 义上的条件、在名义上的曝光条件下的正离焦条件、以及在名义上的曝光 条件下的负离焦条件。
54. —种存储用于通过执行以下步骤使得计算机形成光刻工艺的焦点曝光模型的指令的计算机可读介质，所述步骤为存储光刻工艺的模型，所述模型包括光学模型模块，所述模型具有一 组模型参数，所述模型参数包括焦点、曝光以及一组具有可变值的拟合参 数；存储对于所述模型的一组初始拟合参数；存储在焦点曝光空间中的工艺窗口内的多个采样位置，所述多个采样 位置包括名义上的条件，并成为在工艺窗口内的所有可能的工艺条件的子 集；在保持初始拟合参数值恒定的同时，通过改变与多个采样位置对应的 焦点和曝光的数值模拟光刻工艺，采用具有所述初始拟合参数值的模型， 在所述多个釆样位置中的每个釆样位置上生成光刻工艺的模拟结果；将在多个采样位置中的每一个采样位置上的光刻工艺的模拟结果与 实际结果进行比较，以在所有的多个采样位置上的模拟结果和实际结果之 间产生总差别测量；修改所述拟合参数值组并在所述多个采样位置中的每一个采样位置 上生成附加的模拟结果，以使得采用优化的拟合参数值所产生的实际结果 之间的总差别测量被最小化，或者在预定的阈值以下；以及将焦点曝光模型限定为包括优化的拟合参数值的模型，所述焦点曝光 模型能够模拟在工艺窗口内的任何位置上的光刻工艺。
55. 根据权利要求54所述的计算机可读介质，其中，所述模型参数组 还包括除去焦点和曝光之外的至少一个第一原理参数。
56. 根据权利要求55所述的计算机可读介质，其中，所述至少一个第 一原理参数包括照射源、数值孔径和光学像差中的至少一个。
57. 根据权利要求54所述的计算机可读介质，其中，所述光刻工艺的 模型还包括抗蚀剂模型模块。
58. 根据权利要求54所述的计算机可读介质，其中，所述光刻工艺的 模型还包括掩模模型模块。
59. 根据权利要求54所述的计算机可读介质，其中，所述多个采样位置包括仅仅在名义上的曝光和可变的焦点值下的采样位置。
60. 根据权利要求54所述的计算机可读介质，其中，所述多个采样位置包括仅仅以名义上的条件、在名义上的曝光条件下的正离焦条件以及在 名义上的曝光条件下的负离焦条件。
61.根据权利要求54所述的计算机可读介质，其中所述总的差别测量是均方根差。
全文摘要
公开了一种用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的系统和方法。所述系统和方法采用沿着参数变化的多个维度的校准数据，尤其是在曝光离焦工艺窗口空间内。所述系统和方法提供一组统一的模型参数值，所述模型参数值导致在名义上的工艺条件下的模拟的更好的精确度和鲁棒性，以及预见在对于不同的设定不需要重新校准的情况下的在遍及整个工艺窗口区段的连续的任何点上的光刻性能。在比现有技术的多模型校准需要更少的测量的情况下，离焦曝光模型提供更有预见性和更有鲁棒性的参数值，所述参数值可以被用于工艺窗口中的任何位置上。
文档编号G06F17/50GK101258498SQ200680029512
公开日2008年9月3日 申请日期2006年8月2日 优先权日2005年8月8日
发明者刘华玉, 军 叶, 宇 曹, 陈洛祁 申请人:睿初科技公司