專利名稱：確定最佳工藝窗口的最佳工藝設(shè)定的方法,該最佳工藝窗口優(yōu)化了確定光刻工藝最佳工 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定最佳工藝變量設(shè)定的方法，該最佳工藝變量設(shè)定為光刻制作工藝提供最佳工藝窗口，該光刻制作工藝包括將掩模圖形轉(zhuǎn)移到襯底層，該工藝窗口由可控制工藝參數(shù)的范圍組成，該方法包括如下步驟-獲取具有臨界尺寸(CD)的掩模圖形特征的聚焦-曝光矩陣的數(shù)據(jù)集，該特征具有預(yù)定設(shè)計(jì)CD值，該預(yù)定設(shè)計(jì)CD值應(yīng)當(dāng)是將特征傳遞到襯底層上時(shí)盡可能接近的CD值，以及-核查所傳遞的特征的圖像是否滿足設(shè)計(jì)容差條件，并確定可控制工藝變量的值的哪種組合提供最接近設(shè)計(jì)值和最佳工藝范圍的CD值。
本發(fā)明還涉及使用該方法設(shè)定工藝窗口的方法，使用該工藝窗口設(shè)定方法的光刻工藝，以及使用該光刻工藝制作的裝置。
工藝窗口或者工藝范圍是指光刻投影設(shè)備用戶可以控制的工藝變量范圍的組合。工藝變量如聚焦和曝光劑量具有由CD設(shè)計(jì)值(即源于待制作裝置的設(shè)計(jì)的CD值)確定的標(biāo)稱值。襯底中實(shí)現(xiàn)的CD值可能偏離例如+10％到-10％的范圍，工藝變量的值可能偏離其標(biāo)稱值相應(yīng)的范圍，因此工藝變量范圍的總和不應(yīng)超過工藝窗口的預(yù)算。
聚焦曝光矩陣FEM理解成是指，如果將相同特征多次成像到襯底頂部上抗蝕劑層內(nèi)不同位置而獲得的全部數(shù)據(jù)集，由此通過不同的聚焦設(shè)定和/或不同的曝光劑量設(shè)定并測(cè)量所形成的圖像而形成每個(gè)圖像。例如，可以在抗蝕劑已經(jīng)顯影之后，使用專用的掃描電子顯微鏡(SEM)掃描抗蝕劑層，從而執(zhí)行該測(cè)量。FEM數(shù)據(jù)通常用Bossung曲線表示，該曲線示出了所實(shí)現(xiàn)的CD值和聚焦及曝光劑量的函數(shù)。也可以使用模擬程序獲得FEM數(shù)據(jù)，其中可控制工藝變量被輸入該模擬程序中。
從EP-A0907111已知上文中所定義的方法，該專利公開了一種光掩模、光掩模的制作方法、使用該光掩模曝光的方法、以及使用該光掩模制作半導(dǎo)體器件的方法。
在半導(dǎo)體器件制作領(lǐng)域中，存在著對(duì)高密度和高性能的不斷增加的需求，這要求減小器件特征尺寸，提高晶體管和電路的速度并改善穩(wěn)定性。該需求要求以高精度和高均勻性形成器件的特征，這反過來要求仔細(xì)設(shè)定工藝變量。
要求仔細(xì)設(shè)定工藝變量以及互相優(yōu)化這些變量的一個(gè)重要工藝為光刻，其中使用掩模將電路圖形傳遞到半導(dǎo)體襯底或晶片。以預(yù)設(shè)的順序使用一系列這樣的掩模。每個(gè)這些掩模被用于將其圖形傳遞到已經(jīng)預(yù)先涂敷在一個(gè)層上的光敏(抗蝕劑)層，例如在硅晶片上形成的多晶硅或者金屬層。為了傳遞圖形，使用了光學(xué)投影設(shè)備，也稱之為曝光設(shè)備或者晶片分步曝光機(jī)或掃描器。在該設(shè)備中，將紫外輻射或深紫外(DUV)輻射導(dǎo)向穿過掩模以曝光抗蝕劑層。曝光之后，抗蝕劑層被顯影以形成抗蝕劑掩模，該掩模被用于根據(jù)掩模而選擇性地刻蝕下面的多晶硅或者金屬層，從而形成諸如線或者柵的器件特征。
對(duì)于掩模圖形的設(shè)計(jì)和制作，必須遵守由設(shè)計(jì)和工藝限制設(shè)定的一組預(yù)定設(shè)計(jì)規(guī)則。該設(shè)計(jì)規(guī)則定義例如線和這些特征之間間隔的器件特征的寬度的容差，以保證所印刷的器件特征或線不交疊并且不以非理想方式相互作用。設(shè)計(jì)規(guī)則限制稱為臨界尺寸(CD)。術(shù)語CD現(xiàn)在用于指半導(dǎo)體器件制作中所允許的最小線寬或者兩條線之間的最小間隔。對(duì)于當(dāng)前的器件，襯底水平上的CD為微米量級(jí)。然而，CD也可以指工藝窗口設(shè)定的限制。
臨界尺寸以聚焦和曝光劑量值為函數(shù)而變化。曝光劑量被理解成，入射到抗蝕劑層上曝光束的每個(gè)表面面積單元的輻射能量的數(shù)量。聚焦值涉及掩模圖形圖像被聚焦到抗蝕劑層內(nèi)的程度，即該層和光刻設(shè)備投影系統(tǒng)的圖像平面的吻合程度。
對(duì)于每個(gè)新一代的集成電路或者使用光刻制作的其它器件，器件特征尺寸變得越來越小且工藝窗口縮小。工藝窗口或工藝范圍被理解成指工藝處理中誤差幅度。如果超出范圍，表面特征的CD及其截面形狀(剖面圖)將偏離設(shè)計(jì)尺寸且這將對(duì)所制作的半導(dǎo)體器件的性能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此越來越需要這樣一種方法優(yōu)化若干光刻變量以允許印刷出預(yù)期的小尺寸特征，即以足夠的工藝范圍將這些特征傳遞到抗蝕劑層和相關(guān)的襯底層。首先，需要確定印刷所需特征的最優(yōu)劑量和聚焦設(shè)定。此外，選擇照射設(shè)置，即照射束截面的形狀和強(qiáng)度分布，從而優(yōu)化工藝范圍。對(duì)于光刻工程師而言，諸如掩模偏置和散射棒的其它參數(shù)的優(yōu)化是附加的工具。
掩模偏置是涉及這樣的實(shí)際情況的一個(gè)參數(shù)根據(jù)特征形成部分的結(jié)構(gòu)密度，特征的印刷寬度將偏離相關(guān)設(shè)計(jì)特征的寬度。例如，密集結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特征，例如連續(xù)特征之間的間距等于特征寬度，將被印刷成具有和設(shè)計(jì)特征相同寬度的特征。對(duì)于半密集結(jié)構(gòu)，例如特征之間的間距是設(shè)計(jì)寬度的三倍，印刷特征的寬度將比設(shè)計(jì)特征的寬度小，例如2％。對(duì)于孤立特征，即鄰近沒有任何其它特征的特征，印刷寬度將更小，例如小5％。
散射棒為設(shè)在設(shè)計(jì)特征鄰近的掩模特征，其尺寸如此小使得并不被成像。然而，由于衍射性能，其對(duì)設(shè)計(jì)特征的圖像有影響，并允許對(duì)近似設(shè)計(jì)特征的尺寸進(jìn)行校正。其效應(yīng)被稱為光學(xué)近似校正(OPC)。
對(duì)于包括具有不同間距(周期)的不同結(jié)構(gòu)的掩模設(shè)計(jì)圖形，找到其印刷的最優(yōu)工藝條件則更加復(fù)雜。例如，使用過度曝光或曝光不足的劑量并結(jié)合適當(dāng)?shù)难谀Ｆ每梢愿纳撇糠纸Y(jié)構(gòu)的工藝范圍，然而其減小了其它結(jié)構(gòu)的工藝范圍。鑒于隨著特征寬度的不斷減小，制作器件的工藝范圍縮小，更重要的是確定可獲得最大工藝范圍的光刻工藝條件。一般而言，這是通過比較工藝參數(shù)的不同組合所獲得的工藝范圍而實(shí)現(xiàn)的在目前使用軟件程序的優(yōu)化方法中，對(duì)于特定光刻工藝的工藝范圍，使用聚焦范圍和劑量范圍兩個(gè)工藝變量。對(duì)于預(yù)定的最大CD變化，對(duì)于特定的劑量范圍指定聚焦范圍，或者備選地為特定的聚焦范圍指定劑量范圍。有時(shí)，使用最大聚焦和曝光劑量范圍。在常規(guī)的優(yōu)化方法中，利用熟知的聚焦-曝光劑量矩陣(FEM)確定用于特定特征CD的最優(yōu)聚焦和曝光劑量。
上面所引用的EP-A0907111的方法允許優(yōu)化聚焦和曝光，并允許優(yōu)化掩模CD，且可借助三個(gè)工藝參數(shù)，即聚焦、曝光劑量和掩模CD的變化進(jìn)行優(yōu)化。其程序如下-改變?nèi)齻€(gè)參數(shù)中兩個(gè)參數(shù)的值，即形成對(duì)應(yīng)于第三個(gè)參數(shù)特定值的FEM并確定襯底上的CD是否滿足規(guī)格；-針對(duì)一系列的第三參數(shù)的值重復(fù)該測(cè)量和確定，并確定晶片CD滿足規(guī)格的最初兩個(gè)參數(shù)值的所有組合，從而獲得第三參數(shù)的有用范圍；以及-優(yōu)化第三參數(shù)的范圍，其為諸如平均掩模CD、平均曝光劑量、掩模透射等的另一個(gè)重要參數(shù)的函數(shù)。
這個(gè)過程基本上和經(jīng)典的雙參數(shù)優(yōu)化方法相同，唯一不同在于其涉及到三個(gè)參數(shù)而非兩個(gè)參數(shù)。該優(yōu)化為成品率優(yōu)化。使晶片CD值位于規(guī)格內(nèi)(例如在設(shè)計(jì)CD值+10％和-10％范圍內(nèi))的所有參數(shù)值都可以被接受。
對(duì)于其它(一個(gè)或兩個(gè))參數(shù)來講，傳統(tǒng)的優(yōu)化方法僅僅為一些預(yù)定值處的一個(gè)參數(shù)提供最大范圍。此外，如果所獲得的工藝范圍大于初始所要求的范圍，并不明確如何使用其改善CD控制。因此需要這樣的優(yōu)化方法該方法更為普通并允許更好的工藝設(shè)定和掩模設(shè)計(jì)校正。
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供這樣的優(yōu)化方法，其允許獲得最小的晶片CD值擴(kuò)展以及平均晶片CD值，該CD值等于設(shè)計(jì)值。而且，就計(jì)算平均值和擴(kuò)展所需的時(shí)間而言，該方法是非常有效的。該方法的特征在于，核查和確定最佳組合的過程包括如下步驟1.定義相關(guān)工藝變量的統(tǒng)計(jì)分布，該分布的參數(shù)由對(duì)工藝變量的變化進(jìn)行評(píng)估或測(cè)量而確定；2.擬合解析模型(CD(E，F(xiàn)))的系數(shù)(b1-bn)，該解析模型將CD值描述成工藝變量聚焦(F)和曝光劑量(E)的函數(shù)；3.使用步驟1的解析模型(CD(E，F(xiàn)))計(jì)算平均CD值和CD分布的方差；4.定量確定CD分布與預(yù)期工藝控制參數(shù)Cpk的擬合程度；以及5.通過確定提供最大Cpk值的曝光劑量值和聚焦值，確定設(shè)計(jì)特征的最佳工藝設(shè)定。
使用解析模型允許以解析且省時(shí)的方式將Cpk值計(jì)算成模型系數(shù)以及工藝范圍(即用工藝變量分布的參數(shù)表述的工藝變化)的實(shí)際測(cè)量或預(yù)期或評(píng)估值的函數(shù)。
該方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中包括至少一個(gè)其它工藝變量，其特征在于引入另一個(gè)參數(shù)的許多值；在步驟1)中該模型的系數(shù)被內(nèi)插為其它參數(shù)的函數(shù)；在步驟2)和3)之間執(zhí)行附加步驟，該附加步驟包括2a)對(duì)于每個(gè)可能的E和F組合，確定形成具有設(shè)計(jì)特征尺寸的印刷特征所需的其它變量的值，從而使用步驟2)的內(nèi)插的E和F的值；對(duì)于其它工藝參數(shù)的每個(gè)值進(jìn)行步驟3)和4)；以及在步驟5)中確定提供最大Cpk值的曝光劑量值、聚焦值以及其它參數(shù)的值。
后一方法實(shí)施例的特征在于，其它工藝變量為掩模偏置。
其它的變量也可以是另一個(gè)掩模變量，例如散射棒寬度或其位置或者諸如錘頭(hammerhead)、襯線(serif)等的附加掩模特征的尺寸和位置。
在工藝變量聚焦和曝光劑量之后，掩模偏置是優(yōu)化光刻工藝應(yīng)該考慮的第一變量。然而，除了掩模偏置之外或者連同掩模偏置一起，優(yōu)化過程中也可以使用其它工藝變量。
適用于印刷具有不同結(jié)構(gòu)的掩模圖形的工藝方法的一個(gè)實(shí)施例，其特征在于在預(yù)定聚焦和曝光劑量處具有最小Cpk值的結(jié)構(gòu)的Cpk被用于確定在該聚焦和曝光劑量處掩模圖形內(nèi)所有結(jié)構(gòu)的整體工藝窗口。
具有最小Cpk的結(jié)構(gòu)被稱為臨界結(jié)構(gòu)，因?yàn)槠浒ㄗ罾щy的掩模特征通過優(yōu)化曝光劑量(E)和聚焦(F)并確定提供最大的“最小Cpk值”的E、F設(shè)定點(diǎn)這些附加步驟，可獲得最佳的E、F設(shè)定點(diǎn)以及整體工藝的Cpk。
將臨界結(jié)構(gòu)的Cpk作為優(yōu)化的一個(gè)參考，可確保其結(jié)果對(duì)于具有更大Cpk值的結(jié)構(gòu)是正確的。
本發(fā)明還涉及用于光刻制作工藝中設(shè)定最佳工藝窗口的方法，該工藝包括將掩模圖形傳遞到襯底層內(nèi)，該方法包括確定最佳工藝窗口并根據(jù)該窗口設(shè)定可控制的工藝變量。該方法的特征在于使用本文中的前述方法確定最佳工藝窗口。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及在襯底的至少一層內(nèi)制作器件特征的光刻工藝，該工藝包括采用投影設(shè)備并由此使用由可控制工藝參數(shù)的范圍定義的最佳工藝窗口將掩模圖形傳遞到襯底層內(nèi)，其特征在于使用上述方法優(yōu)化該工藝窗口。
其中使用新工藝窗口優(yōu)化方法的光刻工藝可制作更加精確的器件且其成品率提高，該工藝形成本發(fā)明的一部分。
使用該光刻工藝制作的器件更可能滿足預(yù)定規(guī)格，本發(fā)明也在該器件中得到體現(xiàn)。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及和前述方法一起使用的專用計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括根據(jù)本方法的工藝步驟對(duì)可編程的計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程的可編程模塊。
由于該新穎的方法包括確定掩模圖形的優(yōu)化設(shè)計(jì)，本發(fā)明也嵌入在使用該方法進(jìn)行優(yōu)化的該掩模圖形中。
參照下文中描述的實(shí)施例，以非限制性實(shí)例的方式，本發(fā)明的這些及其它方面變得明顯并將得到闡述。


圖1a示出了CD值與曝光劑量及聚焦的函數(shù)的表面繪圖；圖1b示出了在預(yù)定規(guī)格及相關(guān)曝光劑量、聚焦窗口內(nèi)CD值的該繪圖；圖2示出了CD值的高斯(Gauss)分布；圖3a和3b分別示出了隔離的特征以及半密集圖形的該特征的等曝光劑量曲線的實(shí)例；圖4a示出了測(cè)量的CD值與相關(guān)聚焦及曝光劑量分布的表面繪圖；圖4b示出了由聚焦及曝光劑量的組合預(yù)定分布得到的CD值的該繪圖；圖5示出了Cpk值與聚焦及曝光劑量設(shè)定點(diǎn)值的函數(shù)的實(shí)例；圖6a和6b分別示出了對(duì)于隔離的特征以及半密集圖形的該特征，平均CD值變化與在其設(shè)定點(diǎn)附近曝光劑量和聚焦變化的函數(shù)的實(shí)例；圖7a和7b示出了對(duì)于隔離的特征以及半密集圖形的該特征，使用本發(fā)明的優(yōu)化方法獲得的最佳工藝設(shè)定點(diǎn)的實(shí)例；圖8a和8b示出了對(duì)于隔離的特征以及半密集結(jié)構(gòu)的該特征，使用傳統(tǒng)的優(yōu)化方法獲得的工藝窗口的實(shí)例；以及圖9a和9b示出了對(duì)于隔離的特征以及半密集圖形的該特征，使用新的優(yōu)化方法獲得的第一CD值分布，和使用傳統(tǒng)優(yōu)化方法獲得的第二分布。
用于確定光刻工藝的最佳工藝窗口的方法的第一步驟為，確定所有聚焦和曝光劑量的組合，由此得到襯底CD值，即在已顯影的抗蝕劑層中實(shí)現(xiàn)的CD值，該值位于這些CD值的預(yù)定上限和下限之間。這些限制通常偏離設(shè)計(jì)CD(CDd)值+10％和-10％。通過使用包括該CD特征的相同掩模圖形曝光測(cè)試襯底上抗蝕劑層的許多區(qū)域(目標(biāo)區(qū)域)，可以完成該確定步驟，由此對(duì)每個(gè)曝光使用了另一聚焦和/或曝光劑量設(shè)定。在抗蝕劑顯影并測(cè)量在抗蝕劑層中形成的特征之后(通常使用專用的掃描電子顯微鏡(SEM))獲得聚焦曝光矩陣(FEM)。備選地，不同的聚焦和曝光劑量設(shè)定可以輸入到在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的模擬程序中，該程序計(jì)算出由這些設(shè)定得到的CD值。
圖1a示出了由此獲得的130nm的設(shè)計(jì)CD的FEM或CD(E，F(xiàn))的繪圖的實(shí)例。在水平(聚焦-劑量)面內(nèi)分別沿軸DO和FO繪制曝光劑量和聚焦值(均為任意單位)，沿垂直軸CD0繪制得到的CD值。圖1a示出了完整的數(shù)據(jù)集。
在確定工藝窗口的傳統(tǒng)方法中，使CD0的值在規(guī)格之外(即小于預(yù)定下限和大于預(yù)定上限的值)的聚焦和曝光設(shè)定被排除。圖1b中所示的數(shù)據(jù)集保留下來。與可允許的CD值相對(duì)應(yīng)的曝光劑量和聚焦值位于聚焦-劑量平面內(nèi)由曲線C1和C2界定的區(qū)域內(nèi)。這些曲線由上述的CDd+10％和CDd-10％值確定。位于曲線C1和C2之間的曲線C3對(duì)應(yīng)于標(biāo)稱或設(shè)計(jì)CD值。通過對(duì)位于曲線C1和C2之間的矩形或橢圓形的區(qū)域A進(jìn)行擬合，確定工藝窗口。該矩形或橢圓形區(qū)域的最大尺寸隨后被當(dāng)作工藝窗口的大小，且其中心被當(dāng)作最佳聚焦-最佳劑量設(shè)定。選擇橢圓形而非矩形，反映了這樣的事實(shí)聚焦值和曝光劑量值同時(shí)位于其分布之外的可能性遠(yuǎn)小于其中只有一個(gè)位于其分布之外的可能性。實(shí)際上，如果聚焦值和曝光劑量值均呈高斯分布，其出現(xiàn)的等概率的輪廓為橢圓形。該橢圓的軸隨后應(yīng)被調(diào)整成與該分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差成比例。
多種方法可以用于精確地最大化工藝窗口，這些方法之間相互差別甚微。通常，將一個(gè)工藝參數(shù)所需要的范圍固定在期望值，最大化其它參數(shù)。例如，因此對(duì)于預(yù)定聚焦深度獲得曝光劑量的最大范圍。
由于聚焦和曝光劑量誤差的特定的統(tǒng)計(jì)分布，傳統(tǒng)方法的結(jié)果并未得到優(yōu)化。而且，如果所獲得的工藝范圍或工藝窗口大于所要求的工藝范圍，則無法預(yù)計(jì)CD控制中的精確改善。
以另一種方法確定具有最大工藝窗口的能量劑量和聚焦組合的本發(fā)明的工藝窗口優(yōu)化方法不存在這些缺點(diǎn)。該新方法與傳統(tǒng)方法不同之處在于-從聚焦和曝光劑量值的分布直接計(jì)算出測(cè)量CD值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差；-利用工藝能力指標(biāo)或參數(shù)Cpk預(yù)計(jì)CD值，從具有這些聚焦和曝光劑量分布的工藝獲得該CD值。首先將描述用于計(jì)算作為聚焦和曝光劑量函數(shù)的CD值的Cpk參數(shù)和插值模型，然后將描述該完整的方法。
目前在IC或其它器件的制作中廣泛使用Cpk參數(shù)來控制制作現(xiàn)場(chǎng)(也稱作Fab)中的已安裝的制作工藝。到目前為止，借助光刻專家所用的軟件工具，該參數(shù)仍未用于尋找最佳工藝設(shè)定和掩模設(shè)計(jì)校正。
Cpk參數(shù)涉及CD值的統(tǒng)計(jì)分布以及該值平均值和目標(biāo)或設(shè)計(jì)值的偏差。圖2示出了設(shè)計(jì)CD值CD(des)為130nm的CD分布的實(shí)例。該分布的平均CD(μCD)值約為125nm，標(biāo)準(zhǔn)偏差約為4nm。最小和最大可接受的CD值分別設(shè)定為偏離設(shè)計(jì)值-10％和+10％處，并用虛線的下限(LL)和虛線上限(UL)表示。工藝能力參數(shù)Cpk定義為Cpk=min(|μCD-LL|,|UL-μCD|)3σ]]>對(duì)于LL≤μCD≤UL(1)Cpk＝0 對(duì)于LL＞μCD＞UL如果平均值μCD等于設(shè)計(jì)CD值，即該平均值位于下限LL和上限UL之間的中心，則對(duì)于給定的3σ值，分子并因此Cpk參數(shù)為最大。減小CD值分布的寬度將增大Cpk參數(shù)，這是因?yàn)榉帜钢?σ值會(huì)因此減小。在圖2的實(shí)例中，Cpk值約為0.6。在制作工藝控制中，通常采用Cpk值為1作為獲得優(yōu)良工藝控制的下限。如果平均CD值位于上限和下限之間的中點(diǎn)且如果3σ點(diǎn)位于這些限制處，則得到該Cpk值。如果Cpk參數(shù)大于1，制作工藝進(jìn)行得令人滿意，但如果Cpk參數(shù)小于1則制作工藝并不令人滿意。
為了確定根據(jù)本發(fā)明的工藝窗口，使用插值模型描述得到的CD值(即FEM的值)與所考慮的工藝變量的函數(shù)。通過考慮兩個(gè)工藝變量聚焦(F)和曝光劑量(E)，可以最好地了解在下文中稱為FEM插值模型的該模型。對(duì)于這兩個(gè)工藝參數(shù)，該模型為CD(E，F(xiàn))＝b1.(F2/E)+b2.F2+b3.(F/E)+b4.F+b5.(1/E)+b6(2)借助該模型，可以沿例如等曝光曲線的曲線擬合模擬的或測(cè)量的CD值，該等曝光曲線即為通過相同的曝光劑量和不同的聚焦設(shè)定獲得的CD值擬合而得的曲線。
圖3a示出了130nm寬的隔離的特征或線的該曲線，圖3b示出了間距為310nm的周期圖形之外的130nm寬特征的該曲線。沿水平軸繪制散焦值(單位為微米)，沿垂直軸繪制CD值(單位為nm)。對(duì)于不同曝光劑量，模擬的CD值用不同形狀的點(diǎn)表示。曝光劑量d1-d7分別為1.162、1.114、1.068、1.017、0.969、0.921和0.872焦耳/cm2。擬合的等曝光劑量曲線為拋物線。
目前使用的優(yōu)化方法并未使用方程(2)的六個(gè)參數(shù)的模型，而僅使用E項(xiàng)的多項(xiàng)式，例如CD=Σi=03Σj=04aijEiFj]]>該等焦點(diǎn)曝光劑量定義為對(duì)聚焦的二階導(dǎo)數(shù)為零的曝光劑量E＝Eiso，如果∂2CD∂2F=0→Eiso=-b1/b2]]>(3)如圖3a和3b所示，如果曝光劑量增大，等曝光曲線之間的間隔減小。
從定性角度而言，新的工藝優(yōu)化方法使用不是工藝變量的一個(gè)特性參數(shù)確定適當(dāng)?shù)墓に囎兞康脑O(shè)定，使得CD分布的平均值等于設(shè)計(jì)值并使得CD變化盡可能小。所述CD分布為選定的聚焦和曝光劑量(F，E)設(shè)定點(diǎn)和這些設(shè)定點(diǎn)周圍聚焦及曝光變化的結(jié)果。
對(duì)于每個(gè)這些設(shè)定點(diǎn)和變化，使用FEM插值函數(shù)(方程(2))計(jì)算相關(guān)的CD值。然而，也可能從模型的方程(2)推導(dǎo)出CD分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的另一個(gè)方程。
圖4a示出了為曝光劑量和聚焦函數(shù)的該CD值的分布CD(E，F(xiàn))的實(shí)例，該CD值位于與圖1a的表面A類似的表面G上。注意，圖4a和4b涉及不同于上述值130nm的CD值。圖4a還示出了分別圍繞曝光劑量和聚焦設(shè)定點(diǎn)的曝光劑量和聚焦分布Ed和Fd。在給定的聚焦和劑量變化內(nèi)，出現(xiàn)概率超過給定最小值的所有曝光劑量和聚焦值位于EF平面內(nèi)的橢圓區(qū)域G內(nèi)。聚焦值和聚焦設(shè)定點(diǎn)的偏差與曝光劑量值和曝光劑量設(shè)定點(diǎn)的偏差并無關(guān)聯(lián)，這一假設(shè)使得區(qū)域G為橢圓形。與區(qū)域G內(nèi)的E和F值相對(duì)應(yīng)的CD值位于區(qū)域H內(nèi)，如圖4b所示。該圖還示出了沿垂直的CD軸繪制的CD值分布(CDd)。
為了確定對(duì)于該CD分布的所設(shè)想的光刻工藝的最佳曝光劑量和聚焦設(shè)定，使用方程(1)計(jì)算參數(shù)Cpk。通過最大化所有可能曝光劑量和聚焦設(shè)定的Cpk值，可獲得最佳E和F設(shè)定。
在根據(jù)該新方法的計(jì)算中，假設(shè)曝光劑量和聚焦值的分布p(E)和p(F)為高斯分布p(E)=1σE√2π·e-1/2[(E-μE)/σE]2---(4)]]>p(F)=1σF√2πe-1/2[(F-μF)/σF]2---(5)]]>其中μE和μF為曝光劑量和聚焦值的平均值，σE和σF為曝光劑量和聚焦分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。對(duì)于方程(4)和(5)的曝光劑量及聚焦分布，可以使用方程(2)的CD(E，F(xiàn))函數(shù)計(jì)算出最終CD分布的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。由此，CD對(duì)曝光劑量和聚焦的導(dǎo)數(shù)中一直到二階導(dǎo)數(shù)項(xiàng)被包括在該計(jì)算中。CD分布的平均值μCD值由下式給出μCD＝CD(μE，μF)+σF2{(b1/μE)+b2}+(σE2/μE3){b1(μF2+σF2)+b3μF+b5} (6)CD分布的方差由下式給出
σCD2＝σF2(1/μE2).(b32+4b13μF+4b12μF2)+σF2(1/μE).(2b34+4(b23+b14)μF+8b12μF2)+σF2.(b42+4b24μF+4b22μF2)+σF4(1/μE2).2b12+σF4(1/μE).4b12+σF4.2b22+σE2(1/μE4).(b52+2b35μF+(b32+2b15)μF2+2b13μF3+b12μF4)+σE2σF2(1/μE4).(3b32+2b15+14b13μF+14b12μF2)+σE2σF2(1/μE3).(2b34+4(b23+b14)μF+8b12μF2)+σE2σF4(1/μE4).7b12+σE2σF4(1/μE2).4b12+σE4(1/μE6).(2b52+4b35μF+(2b32+4b15)μF2+4b13μF3+2b12μF4)+σE4σF4(1/μE6).(3b32+4b15+16b13μF+16b12μF2)+σE4σF4(1/μE6).8b12. (7)在該方程中，bij表示bi.bj。
在根據(jù)該新方法的計(jì)算內(nèi)包括所述第二導(dǎo)數(shù)，允許將得到的結(jié)果與蒙特卡羅(MC)模擬的結(jié)果進(jìn)行比較。例如這在SPIE的1996年第2726卷第555至563頁的文章“Characterization and optimization of CDcontrol for 0.25μm in CMOS applications”中得到描述。
目前在工藝優(yōu)化中使用蒙特卡羅模擬產(chǎn)生統(tǒng)計(jì)CD分布。然而，蒙特卡羅方法基本上需要更多的計(jì)算時(shí)間，且其不能用于分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由本方法得到的平均CD值和3σ值與由蒙特卡羅方法獲得的這些值的差別小于0.5nm。
從方程(6)和(7)中定義的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，可以使用方程(1)分別計(jì)算出每個(gè)曝光劑量和聚焦設(shè)定的Cpk參數(shù)的值。圖5示出了Cpk值變化與曝光劑量(E)和聚焦(F)的函數(shù)的實(shí)例。使用位于右側(cè)的由黑至白灰度級(jí)的垂直條表示Cpk值。圖5中輪廓線為具有對(duì)應(yīng)于該條的不同灰度級(jí)區(qū)域的界線。Cpk值從左右邊界及上下邊界向中心增大。圖5中心處的最大Cpk值用黑色菱形Cpk(h)表示，在該實(shí)例中其值約為3。與Cpk(h)值相關(guān)的聚焦設(shè)定和曝光劑量設(shè)定為最佳聚焦(BF)和最佳曝光劑量(BE)設(shè)定。聚焦值約0.25μm且曝光劑量約23mJ/cm2時(shí)得到Cpk值為3。
使用新的優(yōu)化方法獲得的最佳聚焦/最佳曝光劑量設(shè)定點(diǎn)依賴于聚焦和劑量變化的大小。從方程6可清楚地看出，CD平均值不同于選定點(diǎn)的CD目標(biāo)值CD(μEμF)。使用該新穎的方法可以找到BE和BF值的良好的優(yōu)化，其中CD(BE，BF)并非CD設(shè)計(jì)值，但是考慮到曝光劑量和聚焦的總體分布，其具有平均值的CD分布為CD設(shè)計(jì)值。所述差異為曝光劑量和聚焦圍繞其設(shè)定點(diǎn)μE和μF變化的大小的函數(shù)。CD平均值的偏移是由CD值隨聚焦和曝光劑量的非線性變化引起的。其圍繞設(shè)定點(diǎn)的變化越大，CD平均值和目標(biāo)值的偏差將越大。
圖6示出了CD平均值和CD目標(biāo)值之間的偏移μCD-CDtarget與聚焦變化范圍FR及曝光劑量變化范圍的函數(shù)的實(shí)例。圖6a示出了隔離的130nm寬特征的偏移，圖6b示出了該特征與該特征的間距為310nm的半密集圖形之間的偏移。這些圖中所繪制的數(shù)據(jù)是使用集中參數(shù)模型計(jì)算掩模特征的空間像(aerial image)而得到的。該模型在如下文章中得到描述R.K.Watts和N.G.Einspruch編輯的，Academic Press(1987年，紐約)出版的Lithography for VLSI，VLSI Electronics-Microstructure Science第二章第19至55頁的“Lumped ParameterModel for Optical Lithography”。在圖6中，沿水平軸繪制不同的聚焦范圍，而僅僅分別繪制出5％和10％的兩個(gè)曝光劑量范圍。從圖6a和6b可以清除地看出，半密集特征的偏移小于隔離特征的偏移。這是由于如下事實(shí)對(duì)于隔離特征的Bossung曲線，即如圖3a和3b所示的曲線，其曲率大于半密集特征的Bossung曲線的曲率。兩個(gè)圖中5％和10％的曝光劑量范圍的點(diǎn)互相一致，由此事實(shí)可以推斷，曝光劑量變化對(duì)CD偏移的影響可以忽略且偏移的主要來源為聚焦偏差。對(duì)于實(shí)際可用的光刻工藝，即Cpk＞1，對(duì)于給定的實(shí)例聚焦漂移被限制到大約3nm。該實(shí)例的這個(gè)值只是意味著實(shí)際中聚焦變化通常不大于3nm，而且表示對(duì)該影響的大小的評(píng)估。它并不意味著其變化不會(huì)更大。
Cpk優(yōu)化方法允許優(yōu)化聚焦和曝光劑量目標(biāo)，使得CD分布的平均值與CD設(shè)計(jì)值一致。
圖7a和7b示出了使用Cpk參數(shù)的優(yōu)化方法得到的結(jié)果的實(shí)例。這些圖是基于130nm的隔離特征(圖7a)和半密集結(jié)構(gòu)特征(圖7b)的模擬數(shù)據(jù)。在這些模擬中，使用集中參數(shù)模型分析這些特征的空間像。對(duì)數(shù)值孔徑(NA)為0.63，相干因子為0.85的投影透鏡進(jìn)行該模擬，其意味著曝光束占據(jù)物鏡光瞳的85％。虛線CD(des)′對(duì)應(yīng)于CD設(shè)計(jì)值線，實(shí)線LL′和UL′分別對(duì)應(yīng)于CD設(shè)計(jì)值-10％和設(shè)計(jì)值+10％。
小圓Cpk(s)表示使用Cpk優(yōu)化方法計(jì)算得到的最佳聚焦、最佳曝光劑量設(shè)定點(diǎn)。圍繞該設(shè)定點(diǎn)的橢圓SA為由于曝光劑量和聚焦變化導(dǎo)致的實(shí)際采樣的曝光劑量和聚焦設(shè)定區(qū)域。該橢圓的主軸的長度對(duì)應(yīng)于聚焦分布的6σ值，圖6a和6b中也使用到這些值。該橢圓并不代表使用傳統(tǒng)優(yōu)化方法將會(huì)找到的最大工藝窗口。該橢圓僅代表假設(shè)會(huì)在所考慮的工藝中出現(xiàn)的變化。因此，如果該橢圓位于曲線LL′和UL′內(nèi)，CD值將位于-10％和+10％的限制之內(nèi)，且這使得Cpk值大于1。如果實(shí)際曝光劑量和聚焦變化的橢圓超出曲線UL′和LL′，部分CD值將分別大于和小于+10％和-10％的限制。對(duì)于圖7a和7b中所描述的情形，其中模擬聚焦和曝光劑量變化相對(duì)大且隔離特征的橢圓SA(圖7a)超出下限曲線LL′，該優(yōu)化方法預(yù)計(jì)光刻工藝的Cpk小于1。對(duì)于可靠的制作工藝，應(yīng)該減小這些變化。對(duì)于半密集特征(圖7b)，Cpk大于1。對(duì)于圖7a和7b的模擬工藝，使用了6％的曝光劑量范圍及0.35μm的聚焦范圍，聚焦和曝光劑量的標(biāo)準(zhǔn)偏差為這些值的1/6(對(duì)于高斯分布，該范圍約為標(biāo)準(zhǔn)偏差的6倍)，因此σE＝0.01E，σF＝0.058μm。
為了演示該新方法相對(duì)于傳統(tǒng)方法在工藝窗口優(yōu)化方面的改進(jìn)，首先應(yīng)該意識(shí)到，傳統(tǒng)的方法在聚焦和曝光劑量中選擇其中一個(gè)參數(shù)，然后最大化另一個(gè)參數(shù)的范圍。例如，如果選擇0.35μm的聚焦范圍并使用傳統(tǒng)方法最大化曝光劑量范圍，對(duì)于隔離的130nm特征和半密集結(jié)構(gòu)的該特征分別得到圖8a中圓PWc1和圖8b中圓PWc2所代表的工藝窗口。圖8a和8b中的曲線LLc和ULc對(duì)應(yīng)于可允許CD值的(10％)下限和上限。由于該圖像為空間像，最佳聚焦(BF)為每個(gè)定義零點(diǎn)(圖中的F0.00)。數(shù)字E0.97和E1.02表示兩種情況的最佳曝光劑量相差約5％。
使用新方法獲得的最佳曝光劑量設(shè)定不同于使用傳統(tǒng)方法得到的設(shè)定，尤其是對(duì)于隔離特征。該效應(yīng)隨圖形的間距減小而減小。
為了比較新的優(yōu)化方法和傳統(tǒng)的優(yōu)化方法的制作工藝質(zhì)量預(yù)測(cè)能力，可以使用蒙特卡羅模擬，其中輸入圖7和圖8的設(shè)定點(diǎn)、曝光劑量3％的3σ變化以及聚焦的0.175μm的3σ變化。圖9a和9b示出了該模擬的結(jié)果。圖9a涉及隔離的130nm特征，圖9b涉及間距為310nm的半密集圖形的該特征。新的(Cpk)優(yōu)化方法和傳統(tǒng)(經(jīng)典)方法得到的CD值分別用圓點(diǎn)和菱形點(diǎn)表示。CD值的下限和上限分別用直虛線LL和UL表示。
對(duì)于半密集情形(圖9b)，Cpk和經(jīng)典優(yōu)化方法給出相同的曝光劑量和聚焦設(shè)定點(diǎn)，兩種方法的模擬的CD值分布相同。對(duì)于隔離的特征，Cpk方法和經(jīng)典方法分別得到的最佳曝光劑量設(shè)定點(diǎn)有著顯著不同，這使得兩種優(yōu)化方法的模擬CD值分布不同。其結(jié)果為，經(jīng)典方法的分布的平均CD值和CD設(shè)計(jì)值相差5.8nm，而Cpk方法的分布的平均CD值和CD設(shè)計(jì)值相同。對(duì)于優(yōu)化方法類型的隔離特征和半密集特征的靈敏度的差異是由如下事實(shí)所致隔離特征的等曝光劑量曲線的曲率基本上大于半密集特征的曲率。
蒙特卡羅模擬分布呈不對(duì)稱。為了能看到該不對(duì)稱，在圖中分別示出了每個(gè)分布的擬合(對(duì)稱的)高斯分布GD1和GD2，這兩個(gè)分布具有相同平均值及相同標(biāo)準(zhǔn)偏差。模擬分布左側(cè)的CD值多于右側(cè)的CD值。與使用Cpk優(yōu)化方法得到的設(shè)定點(diǎn)相比，使用經(jīng)典優(yōu)化方法得到的設(shè)定點(diǎn)，其更多的CD值位于規(guī)格之內(nèi)。乍看上去這顯得奇怪，因?yàn)檫@意味著位于規(guī)格內(nèi)的CD值的百分比隨著Cpk值的減小而增大。然而，應(yīng)該注意，位于規(guī)格內(nèi)的CD值數(shù)目的增加是通過引入CD平均值和CD設(shè)計(jì)值之間5.8nm的偏移而實(shí)現(xiàn)的。這個(gè)相對(duì)大的偏移導(dǎo)致經(jīng)典優(yōu)化方法的Cpk值的大幅降低。對(duì)于許多光刻工藝，傳統(tǒng)優(yōu)化方法所固有的CD平均值和CD設(shè)計(jì)值之間的不受控制的差異是無法接受的。
新的優(yōu)化方法允許將這個(gè)差異降低為零，并減小CD值分布的寬度。而且，新方法使用分析工具(方程(2)的FEM模型)并且對(duì)于方程(2)實(shí)施例使用方程(6)和(7)從FEM參數(shù)計(jì)算Cpk，以便得到優(yōu)于傳統(tǒng)方法的結(jié)果。該新方法的計(jì)算時(shí)間少于蒙特卡羅方法，此外該新方法極少用于工藝優(yōu)化。
在上述描述中，只考慮光刻工藝的曝光劑量和聚焦這兩個(gè)參數(shù)，并以簡單的方式解釋新的優(yōu)化方法。然而，實(shí)際上在優(yōu)化過程中還可能且通常必須使用諸如照明設(shè)定和掩模偏置的其它可控參數(shù)。該新的優(yōu)化方法的本質(zhì)允許如此操作。
作為一個(gè)實(shí)例，將考慮掩模偏置這一參數(shù)。已經(jīng)在本說明書的引言部分解釋了該參數(shù)的含義和功能。印刷具有包括相同子圖形但子圖形間距不同且掩模偏置不同的掩模圖形的光刻工藝的新優(yōu)化方法包括如下步驟1)從實(shí)驗(yàn)或者模擬獲得每個(gè)不同子圖形的聚焦-曝光矩陣的數(shù)據(jù)集；2)創(chuàng)建以聚焦、曝光劑量、和掩模偏置這一第三優(yōu)化參數(shù)為函數(shù)描述CD數(shù)據(jù)的模型。例如，這可以分兩步完成。首先，對(duì)于每個(gè)FEM數(shù)據(jù)集擬合CD(E，F(xiàn))模型(方程(2))的六個(gè)參數(shù)。隨后，將這六個(gè)參數(shù)bi擬合成掩模偏置的函數(shù)(例如具有線性或者二次相關(guān))。備選地，可以將作為能量劑量、聚焦、和掩模偏置函數(shù)的完整CD數(shù)據(jù)集與具有適當(dāng)參數(shù)bij的一個(gè)模型進(jìn)行擬合。
3a)通過計(jì)算下式確定CD平均值和設(shè)定點(diǎn)及工藝變量(曝光劑量、聚焦、和掩模偏置這一第三變量)的變化之間的關(guān)系平均CD＝μCD＝EE[EF[EW[CD(E，F(xiàn)，W)]]]其中W為掩模偏置，Ex[f(x)]是以工藝變量x的分布概率為權(quán)重的平均函數(shù)。
Ex[f(x)]=∫x=∞x=-∞p(x)f(x)dx]]>這里的p(x)為工藝變量x的統(tǒng)計(jì)分布。在方程(4)和(5)中給出了變量曝光劑量和聚焦的該分布的實(shí)例。諸如均勻分布的其它分布也是可能的。
3b)通過計(jì)算下式確定CD值的變化(即其標(biāo)準(zhǔn)偏差)和設(shè)定點(diǎn)及工藝變量(曝光劑量、聚焦、和掩模偏置這一第三參數(shù))的變化之間的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)偏差 CD＝σCD＝√(EE[EF[EW[(CD(E，F(xiàn)，W)-μCD)2]]])步驟3a)和3b)的結(jié)果為解析公式，這允許快速計(jì)算CD的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。
4a)對(duì)于每個(gè)可能的E和F組合，由此使用步驟3a)的CD分布的平均值的解釋表達(dá)式，確定形成具有設(shè)計(jì)特征尺寸的印刷特征所需的掩模偏置。其中用到工藝變量E、F和W的標(biāo)準(zhǔn)偏差的預(yù)定值。
4b)對(duì)于每個(gè)可能的E和F組合，使用步驟3b)的CD分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差的解釋表達(dá)式，計(jì)算CD分布的方差。再次使用工藝變量E、F和W的標(biāo)準(zhǔn)偏差的預(yù)定值。
5)對(duì)于每個(gè)可能的E和F組合，使用步驟4a)和4b)得到的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，以CD分布的Cpk值的形式確定工藝范圍。
以這種方式，在步驟5)中得到以曝光劑量和聚焦為函數(shù)的Cpk，即Cpk(E，F(xiàn))，并在步驟4a)中得到相應(yīng)的掩模偏置W(E，F(xiàn))。
現(xiàn)在將描述該計(jì)算過程的一些使用實(shí)例。
為了確定單個(gè)圖形結(jié)構(gòu)對(duì)于給定掩模偏置的最佳聚焦(BF)和最佳曝光劑量(BE)組合首先確定掩模偏置W(E，F(xiàn))等于所要求的掩模偏置的所有(E，F(xiàn))組合集。接著，從該(E，F(xiàn))組合集中導(dǎo)出提供最高Cpk(E，F(xiàn))值的BE值和BF值。隨后得到BE值和BF值以及相應(yīng)的工藝范圍Cpk(BE，BF)。
為了確定單個(gè)圖形結(jié)構(gòu)的最佳掩模偏置，確定以E和F為函數(shù)的最大Cpk(E，F(xiàn))，由此得到最佳曝光劑量(BE)和最佳聚焦(BF)。由BE、BF和相應(yīng)的優(yōu)化掩模偏置計(jì)算W(BE，BF)。隨后得到印刷該圖形結(jié)構(gòu)的最佳曝光劑量。
為了確定具有不同結(jié)構(gòu)的掩模圖形的最佳曝光劑量和最佳聚焦以及適當(dāng)?shù)难谀Ｆ茫瑧?yīng)該計(jì)算出每一個(gè)這些結(jié)構(gòu)的Cpk(E，F(xiàn))和相應(yīng)的掩模偏置W(E，F(xiàn))。接著，對(duì)于每個(gè)可能的E、F組合，確定給出最低Cpk(E，F(xiàn))值的圖形結(jié)構(gòu)。由此產(chǎn)生以能量和聚焦為函數(shù)的最低Cpk值的數(shù)據(jù)集，稱之為臨界Cpk(E，F(xiàn))，即CrCpk(E，F(xiàn))，并產(chǎn)生每個(gè)結(jié)構(gòu)的相應(yīng)掩模偏置值的數(shù)據(jù)集，稱之為結(jié)構(gòu)掩模StrCpk(E，F(xiàn))?，F(xiàn)在CRCpk(E，F(xiàn))的最大值給出曝光劑量和聚焦設(shè)定，這樣給出不同結(jié)構(gòu)的最臨界結(jié)構(gòu)的最佳性能。該設(shè)定為提供整體工藝性能CrCpk(BE，BF)的整體BE和BF設(shè)定點(diǎn)。單獨(dú)地對(duì)每個(gè)圖形結(jié)構(gòu)的StrCpk(BE，BF)進(jìn)行評(píng)估，得到不同圖形結(jié)構(gòu)的相應(yīng)的優(yōu)化掩模偏置。
如果適當(dāng)?shù)脑?，也可以進(jìn)行有限優(yōu)化，從而將某一個(gè)結(jié)構(gòu)的工藝變量如掩模偏置固定為0。
使用步驟2)中的解析模型可計(jì)算出以該模型方程的系數(shù)為解析函數(shù)的Cpk參數(shù)。因此必須將曝光劑量和聚焦值的方程(4)和(5)以及CD平均值和CD分布的方程(6)和(7)擴(kuò)展成具有包括掩模偏置值的項(xiàng)。
通過模擬程序，或者通過在襯底上的抗蝕劑層內(nèi)多次印刷該特征，每次使用不同的曝光劑量和/或聚焦設(shè)定，顯影抗蝕劑層并測(cè)量印刷特征的尺寸，可以獲得步驟1)的數(shù)據(jù)。
該方法也可以用于優(yōu)化同時(shí)印刷具有不同尺寸的特征的工藝的工藝窗口。隨后使用具有不同結(jié)構(gòu)的掩模圖形，即具有不同特征尺寸和/或間距的圖形區(qū)域。臨界結(jié)構(gòu)(即在預(yù)定聚焦和曝光劑量處的Cpk值最小的結(jié)構(gòu))的Cpk隨后用于確定掩模圖形中所有結(jié)構(gòu)的整體工藝范圍。
本發(fā)明的方法提供了對(duì)優(yōu)化過程中所包括的工藝參數(shù)數(shù)目及其類型進(jìn)行選擇的自由。在各種情況下，該方法可以僅使用聚焦和曝光劑量優(yōu)化該工藝。然而在優(yōu)化過程中，也可以不使用掩模偏置或者除了掩模偏置之外同時(shí)使用諸如照明和掩模圖形中的散射棒的一個(gè)或者多個(gè)其它工藝參數(shù)。優(yōu)化方法中所包括的工藝參數(shù)的數(shù)目越多，優(yōu)化方法將變得更加精確和復(fù)雜。盡管掩模偏置和曝光劑量線性相關(guān)且可以和曝光劑量及聚焦的優(yōu)化一起被優(yōu)化，和曝光劑量及聚焦不是線性關(guān)聯(lián)的其它工藝變量，諸如照明設(shè)定(NA設(shè)定、σ設(shè)定)，對(duì)其的優(yōu)化需要進(jìn)行更多的上述類型的計(jì)算以找到最大Cpk值的相關(guān)變量的值。
所有工藝參數(shù)得到處理以獲得整體工藝參數(shù)的一個(gè)優(yōu)化(最大)值Cpk。一旦確定該值，所考慮的工藝參數(shù)的值已知，使得光刻設(shè)計(jì)工程師可以提供最佳工藝窗口，即可以指定光刻投影設(shè)備中的設(shè)定，例如聚焦、曝光劑量和照明設(shè)置。而且，本發(fā)明的優(yōu)化方法允許設(shè)計(jì)出具有優(yōu)化類型并具有諸如掩模偏置和散射棒的優(yōu)化掩模特征的掩模?？蛇x擇的掩模類型有振幅(二進(jìn)制)掩模、相位掩模、透射掩模、衰減相位偏移掩模和交變相位偏移掩模。照明設(shè)定可包括相干因子、照明類型(圓形、環(huán)形、偶極、或四極)、以及照明束部分的尺寸的設(shè)定?？梢钥紤]到光刻工藝的其它變量，例如抗蝕劑被曝光之后的烘焙和刻蝕條件。
通過使用該新的優(yōu)化方法，光刻工藝的質(zhì)量、該工藝的成品率、以及使用該工藝制作的器件的質(zhì)量得到改善。因此本發(fā)明體現(xiàn)在該制作工藝和器件中。
為了實(shí)施該方法，使用專門的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品進(jìn)行編程控制。
本發(fā)明并非限于特定的光刻投影設(shè)備或諸如集成電路(IC)的特定裝置。本發(fā)明可以用于稱為分步投影光刻機(jī)和分步掃描器，使用從紫外到深紫外(DUV)以及甚至極端紫外(EUV，波長約為13nm)的不同波長的曝光輻射的許多種類型的光刻投影設(shè)備。該裝置可以為IC或者具有小特征尺寸的其它裝置，例如液晶面板、薄膜磁頭、集成或平面光學(xué)系統(tǒng)等。
權(quán)利要求
1.一種確定最佳工藝變量設(shè)定的方法，該最佳工藝變量設(shè)定為光刻制作工藝提供最佳工藝窗口，該光刻制作工藝包括將掩模圖形轉(zhuǎn)移到襯底層，該工藝窗口由可控制工藝參數(shù)的范圍組成，該方法包括如下步驟-獲取具有臨界尺寸(CD)的掩模圖形特征的聚焦-曝光矩陣的數(shù)據(jù)集，該特征具有預(yù)定設(shè)計(jì)CD值，該預(yù)定設(shè)計(jì)CD值應(yīng)當(dāng)是將特征傳遞到襯底層上時(shí)盡可能接近的CD值，以及-核查所傳遞的特征的圖像是否滿足設(shè)計(jì)容差條件，并確定可控制工藝變量的值的哪種組合提供最接近設(shè)計(jì)值和最佳工藝范圍的CD值，其特征在于核查及確定最佳組合的過程包括如下步驟1)定義相關(guān)工藝變量的統(tǒng)計(jì)分布，該分布的參數(shù)由對(duì)工藝變量的變化進(jìn)行評(píng)估或測(cè)量而確定；2)擬合解析模型(CD(E，F(xiàn)))的系數(shù)(b1-bn)，該解析模型將CD值描述成工藝變量聚焦(F)和曝光劑量(E)的函數(shù)；3)使用步驟1)的解析模型(CD(E，F(xiàn)))計(jì)算平均CD值和CD分布的方差；4)定量確定CD分布與預(yù)期工藝控制參數(shù)Cpk的擬合程度；以及5)通過確定提供最大Cpk值的曝光劑量值和聚焦值，確定設(shè)計(jì)特征的最佳工藝設(shè)定。
2.權(quán)利要求1中所述的方法，其中包括至少一個(gè)其它工藝變量，其特征在于引入另一個(gè)參數(shù)的許多值；在步驟1)中該模型的系數(shù)被內(nèi)插為其它參數(shù)的函數(shù)；在步驟2)和3)之間執(zhí)行附加步驟，該附加步驟包括2a)對(duì)于每個(gè)可能的E和F組合，確定形成具有設(shè)計(jì)特征尺寸的印刷特征所需的其它變量的值，從而使用步驟2)的內(nèi)插的E和F的值；對(duì)于其它工藝參數(shù)的每個(gè)值進(jìn)行步驟3)和4)；以及在步驟5)中確定提供最大Cpk值的曝光劑量值、聚焦值以及其它參數(shù)的值。
3.權(quán)利要求1所述的用于優(yōu)化聚焦和曝光劑量設(shè)定的方法，其特征在于步驟1)中所使用的分析模型用到CD值和聚焦及曝光劑量值(E，F(xiàn))之間的如下關(guān)系CD(E，F(xiàn))＝b1.(F2/E)_+b2.F2+b3.(F/E)+b4.F+b5.(1/E)+b6其中b1-b6為該模型的系數(shù)。
4.權(quán)利要求3所述的方法，對(duì)于高斯聚焦和曝光劑量分布，其特征在于在步驟3)中計(jì)算CD分布(σCD)的平均CD值(μCD)和方差時(shí)使用下式σCD2＝σF2(1/μE2).(B32+4b13μF+4b12μF2)+σF2(1/μE).(2b34+4(b23+b14)μF+8b12μF2)+σF2.(b42+4b24μF+4b22μF2)+σF4(1/μE2).2b12+σF4(1/μE).4b12+σF4.2b22+σE2(1/μE4).(b52+2b35μF+(b32+2b15)μF2+2b13μF3+b12μF4)+σE2σF2(1/μE4).(3b32+2b15+14b13μF+14b12μF2)+σE2σF2(1/μE3).(2b34+4(b23+b14)μF+8b12μF2)+σE2σF4(1/μE4).7b12+σE2σF4(1/μE3).4b12+σE4(1/μE6).(2b52+4b35μF+(2b32+4b15)μF2+4b13μF3+2b12μF4)+σE4σF2(1/μE6).(3b32+4b15+16b13μF+16b12μF2)+σE4σF4(1/μE6).8b12.其中b1-b6為分析模型的系數(shù)，μE和μF分別為曝光劑量和聚焦分布的平均值，σE和σF為這些分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差，bij表示bi×bj。
5.權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于另一個(gè)工藝變量為掩模偏置。
6.權(quán)利要求1、2、3、4、或5中所述的用于印刷具有不同結(jié)構(gòu)的掩模圖形的工藝的方法，其特征在于在預(yù)定聚焦和曝光劑量處具有最小Cpk值的Cpk結(jié)構(gòu)被用于確定在該聚焦和曝光劑量處掩模圖形內(nèi)所有結(jié)構(gòu)的整體工藝窗口。
7.一種用于光刻制作工藝中設(shè)定最佳工藝窗口的方法，該工藝包括將掩模圖形傳遞到襯底層內(nèi)，該方法包括確定最佳工藝窗口并根據(jù)該窗口設(shè)定可控制的工藝變量，其特征在于使用權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的方法確定最佳工藝窗口。
8.一種在襯底的至少一層內(nèi)制作器件特征的光刻工藝，該工藝包括采用投影設(shè)備并由此使用由可控制工藝參數(shù)的范圍定義的最佳工藝窗口將掩模圖形傳遞到襯底層內(nèi)，其特征在于使用權(quán)利要求7的方法優(yōu)化該工藝窗口。
9.使用權(quán)利要求8中所述的光刻工藝制作的器件。
10.一種和權(quán)利要求1的方法一起使用的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，該計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品包括根據(jù)本方法的工藝步驟對(duì)可編程的計(jì)算機(jī)進(jìn)行編程的可編程模塊。
11.一種具有掩模圖形的光刻掩模，其包括已經(jīng)通過權(quán)利要求1的方法進(jìn)行優(yōu)化的圖形特征。
全文摘要
印刷具有臨界尺寸(CD)的特征的光刻工藝中，使用整體性能表征參數(shù)(C
文檔編號(hào)G03F7/20GK1732412SQ200380107934
公開日2006年2月8日 申請(qǐng)日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者J·范溫格登, C·A·H·朱弗曼斯, P·迪克森 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司