用于形成光刻工艺的焦点曝光模型的系统和方法技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用本申请要求专利技术名称为“Methodology of Unified，Through-ProcessWindow Lithography Modeling”的美国临时专利申请No.60/706,144的优先权，所述相关申请的主题以引用的方式整体并入本文中。
本专利技术主要涉及光学光刻，而更具体地涉及形成光刻工艺的焦点曝光模型。
技术介绍
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缩减比例而被修正。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k1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k1光刻”过程的目标是在k1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k1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、孔、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k1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已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。在专利技术名称为“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中所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】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1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1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1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1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1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1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1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1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1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1所述的方法，其中，所述总差别测量是均方根差。13.一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。23.一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。33.一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...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶军，曹宇，陈洛祁，刘华玉，
申请(专利权)人：睿初科技公司，
类型：发明
国别省市：