專利名稱：基于模型的過程模擬的方法
技術領域：
本申請主要涉及執行基于模型的掃描器調整和優化的系統和方法，尤其涉及對多 光刻系統的性能的優化。
背景技術：
可以將光刻設備用在集成電路(IC)的制造中。掩模包含對應于所述IC的單層的 電路圖案，并且可以將該圖案成像到已經覆蓋有輻射敏感抗蝕劑材料層的硅晶片襯底上的 包括一個或多個管芯的目標部分上。通常，單獨的晶片將包含相鄰目標部分的網絡，所述相 鄰目標部分通過投影系統一次一個地被連續輻射。在一種類型的光刻投影設備(通常被 稱為晶片步進機)中，通過將全部掩模圖案一次曝光到所述目標部分上來輻射每一目標部 分。在步進-掃描設備中，通過沿給定的參考方向或“掃描”方向在投影束下面逐步掃描掩 模圖案的同時，沿與該方向平行或反向平行的方向同步地掃描所述襯底臺來輻射每一目標 部分。在具有放大率因子(magnification factor)M(通常M < 1)的投影系統中，襯底臺 掃描的速度V將是掩模臺掃描的速度的M倍。這里所述的更多有關光刻裝置的信息可以從 例如US專利No. 6，046，792中得到，在這里以參考的方式將其內容并入本文中。在使用光刻投影設備的制造過程中，掩模圖案被成像到至少部分地由輻射敏感抗 蝕劑材料層所覆蓋的襯底上。在該成像步驟之前，襯底可以經過多種工序，例如涂底料、抗 蝕劑涂覆和軟烘烤。在曝光之后，襯底可以經過其它工序，例如曝光后烘烤(PEB)、顯影、硬 烘烤和成像特征的測量/檢驗。這一系列的工序被用作對器件(例如IC)的單層進行圖案 化的基礎。然后，這樣的圖案化層可以經過多種工藝，例如蝕刻、離子注入或摻雜、金屬化、 氧化、化學-機械拋光等，用于完成一個單層。如果需要幾個層，則對于每個新的層必須重 復整個工序或其變體。最后，在襯底晶片上將形成器件的陣列。然后，這些器件通過例如切 片(dicing)或切割的技術彼此分離開，然后獨立的器件可以安裝到連接到插腳等的載體 上。投影系統(下文稱為透鏡)包括各種類型的投影系統，包括例如折射式光學裝置、 反射式光學裝置和反射折射式系統，且可以包括一個或更多的透鏡。所述透鏡還可以包括 用于引導、成形或控制投影輻射束的輻射系統的部件。并且光刻設備可以是具有兩個或更 多的襯底臺和/或兩個或更多的掩模臺的類型。在這種“多平臺”的裝置中，附加的臺可以 并行地使用，和/或者可以在特定臺上執行預備步驟的同時將其它臺用于曝光。例如，在US 專利No. 5，969，441中描述了雙平臺光刻設備，在這里以引用的方式將其內容并入本文中。
上面提及的光刻掩模包括對應于將要被集成到硅晶片上的電路部件的幾何圖案。 用來形成這種掩模的圖案使用CAD (計算機輔助設計)程序來生成，這種過程通常被稱為 EDA(電子設計自動化)。大多數CAD程序遵循一系列預定的設計規則以便產生功能化掩 模。這些規則通過加工和設計限制來設定。例如，設計規則限定電路器件(例如柵極、電容 等)或互連線之間的空間容許量，使得確保電路器件或線不會彼此以不希望的方式相互作 用。設計規則限制被稱為“臨界尺寸”(CD)。電路的臨界尺寸可以被定義成線或孔的最小 寬度或兩條線或兩個孔之間的最小間隔。因此，CD決定所設計的電路的總體尺寸和密度。 當然，集成電路制造中的目標之一是通過掩模在晶片上忠實地復制原始電路設計。通常，可以從用不同類型的光刻系統(例如掃描器)將對給定圖案進行成像的共 同過程來獲得優點，而不必花費相當大量的時間和資源來確定每一個光刻系統的必須的設 定，以實現優化的/可接受的成像性質。在最初建立用于特定掃描器的過程時，設計者和工 程師可能花費相當大量的時間和資金來確定光刻系統的優化的設置，所述設置包括數值孔 徑(“NA”)、oin, o。ut等，以獲得滿足預定設計要求的圖像。通常，采用反復試驗的過程， 其中選擇了掃描器設定，期望的圖案被成像，之后被測量以確定是否輸出圖像落入到規定 的公差內。如果輸出圖像在公差之外，那么掃描器設定被調整，圖案被再次成像且被測量。 這一過程被重復，直到所獲得的圖像在規定的公差內為止。然而，成像到襯底上的實際圖案可能由于在使圖案成像時由不同的掃描器顯示的 不同的光學臨近效應(“ΟΡΕ”)在掃描器間變化，甚至在掃描器是同一型號時也有可能出 現。例如，與特定掃描器相關聯的不同的OPE可能通過節距引入顯著的CD變化。因此，通 常不可能在掃描器之間切換，和獲得相同的成像圖案。因此，在預期獲得滿足設計要求的最 終獲得的圖像的情況下使用新的或不同的掃描器來印刷圖案時，工程師必須優化或調整新 的掃描器。當前，通常使用昂貴的耗時的反復試驗過程，來調整過程和掃描器。
發明內容
本發明的特定實施例包括用于類型、單元或設定之間的掃描器差別的模擬的系統 和方法。在一個實施例中，所述方法包括校準掃描器模型，所述掃描器模型對于一組可調整 的參數限定了靈敏度。在另一實施例中，微分模型被校準，其中微分模型表示目標掃描器與 參考物、與掃描器內的測量裝置和/或晶片量測器的偏差。在一些實施例中，基于模型的過程模擬包括相對于參考掃描器的性能限定一類 相關的掃描器的性能。所述一類掃描器可能包括被單個廠商制造的且屬于同一型號的掃描 器。所述一類掃描器可以包括由不同的廠商制造的掃描器，其中所述掃描器包括至少一些 功能上類似的元件。本發明的特定實施例通過使用針對物理掃描器的調整模型改善了對整個芯片的 模擬。一些實施例維持了用于識別掃描器的靈敏度與一組可調整的參數的模型，且使用所 述模型以響應于掃描器設定變化來模擬臨界尺寸的變化。獲得一組模擬的晶片輪廓，其可 以被分析以提供預定的臨界尺寸的虛擬測量。在一些實施例中，在模擬的芯片中識別的臨 界尺寸違背(Violation)可以通過以對參考掃描器的物理調整進行仿真的方式調整參考 模型來解決。虛擬測量和調整的模擬、計算的迭代可以被執行，直到虛擬測量充分地收斂到 一組期望的或預期的測量上為止。收斂可以通過考慮臨界尺寸的違背、公差的違背以及由芯片設計者設定的優先級來指示。在一些實施例中，包括虛擬測量的模擬結果可以被提供至設計者和/或設計系統 (諸如掩模布局系統)。模擬結果可以識別不能完全消除的芯片設計中的熱斑。新的芯片 設計之后可以通過將虛擬測量認為是由物理掃描器獲得的實際測量來產生。模擬結果可以 進一步地在被配置成產生模擬結果時識別掃描器的調整限制，這些限制可能進一步影響芯 片的再設計。在特定實施例中，芯片設計可以針對于在多個掃描器上的可制造性而被進行模 擬。對應于其它掃描器的微分模型可以提供對參考掃描器和其它掃描器之間的差別進行分 類的校準和靈敏度信息。芯片設計可以被模擬和改變以確保多個掃描器中的任一個可以被 調整以在制造期間獲得期望的產率。本發明的方面允許分離模型校準和調整，和提供微分模型校準的方法。在模擬期 間所識別的設計中的熱斑可以被包含在調整量的計算中。整體應用-特定調整和驗證可以 被定義，包括基于OPC驗證的靈敏度(閾值)設定方法。本發明自身以及另外的目的和優點，可以通過參考隨后的詳細描述和示意性的附 圖被更好地理解。
圖1示出了根據本發明的特定方面的光刻模型。圖2示出了根據本發明的特定方面的用于校準光刻模型的整體程序。圖3示出了根據本發明的特定方面的用于產生、調整以及優化微分光刻模型的過程。圖4示出了根據本發明的特定實施例的根據由掃描器量測器所補充的掃描器模 型來模擬和預測光學參數的過程的例子。圖5示出了根據本發明的特定方面的靈敏度建模。圖6示出了根據本發明的特定方面的用于校準多個掃描器的微分模型的過程。圖7圖示出本發明的特定實施例中的基礎模型參數和衍生模型參數之間的關系。圖8示出了根據本發明的特定方面的來自微分模型的模擬輪廓的產生。圖9是示出根據本發明的特定方面的計算機系統的方塊圖。圖10示意性地示出了根據本發明的特定方面的光刻投影設備。
具體實施例方式現在參考附圖，將詳細地描述本發明的實施例，附圖被提供用作說明性的例子，以 便使得本領域的技術人員能夠實施本發明。注意到，在下文中附圖和例子不是要將本發明 的范圍限制成單個實施例，而是通過相互交換描述的或示出的元件中的一些或全部的方 式，其它的實施例也是可以的。在便利的情況下，在整個附圖中將使用相同的參考標記，以 表示相同的或類似的部件。在這些實施例中的特定元件可以通過使用已知的部件來部分地 或完全地實施的情況下，將僅描述對理解本發明所必須的這樣的已知部件的這些部分，并 將省略對這樣的已知部件的其它部分的詳細描述，以便不混淆本發明。在本發明的說明書 中，顯示單個部件的實施例不應當被認為是限制性的，相反，本發明是要包含包括多個同樣的部件的其它實施例，反之亦然，除非在此處另外地具有明確地描述。此外，申請人不是要 將說明書或權利要求中的任何術語規定成不常見的或特定的意思，除非同樣地明確地進行 了闡述。另外，本發明包括對通過圖示的方式在本文中表示的部件的當前的和未來的已知 的等同物。在本發明的特定實施例中，采用全芯片晶片模擬和驗證作為對掃描器調整的全芯 片晶片測量的替代或補充。在模擬期間使用的模型可能包括靈敏度模型和微分模型。靈敏 度模型描述了響應于調整輸入的掃描器的成像行為的變化(即當調節旋鈕時)。在已知設 定的情況下微分模型描述了光刻過程的行為的差別且對光刻過程的行為的差別進行參數 化。微分模型的校準使用掃描器傳感器數據(諸如瓊斯光瞳、照射器映射等)以及晶片量 測器數據。圖1示出了根據本發明的特定方面的光刻模型10。光刻模型包括掩模模型100、 光學模型102和抗蝕劑模型104。在一些實施例中，光刻模型還包括蝕刻模型，為了簡明，其 沒有在附圖中示出。掩模模型可以反映多個掩模參數120中的變化所引入的改變，光學模 型102可以受光學參數122的變化的影響，抗蝕劑模型104可以受抗蝕劑參數124的設定 的控制。可以將模型10用于預測抗蝕劑輪廓164，或如果包含了蝕刻模型分量，那么將由掩 模設計140產生蝕刻后輪廓。由掩模參數120配置成的掩模模型100產生了預測的掩模圖 像160，所述預測的掩模圖像160在被提供至光學模型102時基于光學參數122產生了模擬 的光學圖像162。由抗蝕劑參數IM配置成的抗蝕劑模型104可以用于從模擬的光學圖像 162預測抗蝕劑輪廓164。如果由蝕刻參數配置成的蝕刻模型被包含的話，則所述蝕刻模型 可以用于從抗蝕劑輪廓164預測蝕刻后輪廓。光學參數122包括可調整的和不可調整的參數，其中“可調整的參數”表示可以在 掃描器上進行調整的旋鈕(knob)(諸如NA，數值孔徑)，而“不可調整的參數”表示不能被 調整的掃描器參數(諸如用于典型的掃描器設計的瓊斯光瞳)。本發明的方法不依賴于哪 些參數在掃描器上是可調整的或是不可調整的。為了模型校準的目的，可以調節不可調整 的和可調整的參數，直到由所述模型產生的圖像與由參考掃描器產生的實際成像結果匹配 為止。在模型校準中對參數的調整受這些參數的知識的程度支配，而不是可調整性。例如， 如果照射光瞳的精確測量可以經由掃描器量測器來實現，那么可以在模型校準中直接使用 這樣的測量，而不進行進一步的調整。另一方面，在沒有經由掃描器量測器進行直接測量的 情況下，參數被優化，用于擬合晶片數據。可以通過使用集成透鏡干涉儀，來執行掃描器量 測器測量。在實施例中，集成透鏡干涉儀是波前傳感器，且用于測量每一場點的透鏡像差。 波前傳感器基于切變干涉術的原理，且包括源模塊和傳感器模塊。源模塊具有鉻圖案化層， 其被放置在投影系統的物平面上和具有設置在鉻層上方的額外的光學裝置。所述組合為投 影系統的整個光瞳提供輻射波前。傳感器模塊具有放置在投影系統的像平面上的鉻圖案化 層和放置在所述鉻層后面一定距離處的照相機。傳感器模塊上的鉻圖案化層將輻射衍射成 多個衍射級，所述衍射級相互干涉從而產生了干涉圖。干涉圖由照相機來測量。投影透鏡 中的像差可以基于測量的干涉圖由軟件來確定。圖2示出了校準光刻模型222的整個程序。一個或更多的掩模設計200可以被用 于校準。盡管其它實施例通過利用用于生產使用而產生的掩模設計進行校準，但是可能在 一些實施例中專門地產生用于校準的掩模設計200。在光刻模型222中使用的模型化的掩模、光學和抗蝕劑參數220被選擇用于反映在光刻過程242中使用的掩模、光學和抗蝕劑效 應M0。最終獲得的模擬的抗蝕劑輪廓2M和測量的抗蝕劑輪廓244可以被比較和分析，參 數220可以被優化，以最小化模擬的和測量的輪廓之間的差別。可以利用價值函數260進 行分析，其將在下文中被更加詳細地描述。在特定實施例中，考慮且平衡所有測量和它們各自的不確定性，包括晶片量測器 (CD-SEM測量和輪廓、散射術等)和掃描器數據(被設計的或被測量的)，模型校準過程被 公式化為最大似然問題。在特定實施例中，校準過程是可迭代的，由此模型參數被可重復地 調整以獲得提供由模型所產生的成像結果的校準，所述成像結果被確定以足夠接近實際晶 片數據。可以建立預定義的誤差標準，和/或可以定義或量化“最佳匹配可能”標準。在特 定的實施例中，可以使用模擬掃描器的成像性能的任何適合的模型，包括例如由美國專利 No. 7，003，758的系統和方法所提供的模型。絕對精度與微分精度比對對于傳統的基于模型的OPC應用，重點很大程度上放在在名義曝光條件下典型地 對⑶-SEM測量的絕對預測精度上。隨著在過程窗口上的OPC驗證和過程-窗口 -感知 的OPC的出現，重點被擴展以覆蓋過程窗口上的預測精度(美國專利申請No. 11/461,994, “System and Method For Creating a Focus-Exposure Model of a Lithographic ftx)CeSS (用于產生光刻過程的焦點曝光模型的系統和方法”)。然而，品質因數(figure of merit)保持了測量的和預測的⑶之間的差別。對于包括匹配和性能優化的基于模型的掃描器調整來說重點需要有所不同。感興 趣的量包括由掃描器設定變化引起的CD差別、掃描器間的差別和/或過程間的差別。所 述量典型地在幾納米或更小的量級上是可測量的，其與典型的OPC模型的絕對精度是可比 的。建模、模擬和預測這樣的差別，與OPC建模的要求相比，對模型精度施加了不同的要求。 本發明的特定實施例采用了新的算法，其解決了且滿足了這些不同的要求。圖3示出了用于產生、調整和優化微分光刻模型322的過程。掩模設計300被提 交，用于通過多個掃描器342進行處理和通過在一組過程條件340下利用掃描器的模型322 進行模擬。模擬的抗蝕劑輪廓3M可以相對于物理上產生的抗蝕劑輪廓344進行分析。價 值函數360(下文所討論的)可以用于調整模型參數320，用于獲得可以精確地表征與多個 掃描器相關聯的微分模型的模型。在抗蝕劑顯影之后或在蝕刻之后，精確微分模型仍然在形式上模擬晶片上的圖案 輪廓。然而，這樣的模型的目標不一定是絕對CD精度，而是預測在一個或更多的模型參數 被擾動時CD變化或輪廓變化情況下的精度變化，用于考慮掃描器之間的差別或用于模擬 主動掃描器調整的效果。同理，模擬可能需要兩遍，一遍沒有參數擾動，一遍具有參數擾動。 對于給定的圖案i感興趣的量是Arai =⑶(圖案_i，擾動的_模型)-⑶(圖案_i，未被擾動的_模型).衍生模型的產生假定具有足夠的微分精度(“微分模型”)的模型是可以利用的，本發明的特定方 面便于基于微分模型和基礎模型產生衍生模型。在特定實施例中，基礎模型與擾動前模型 相同，在該情形中衍生模型將與擾動后模型相同。在這些實施例中，衍生模型僅需要利用擾 動模型的一個成像模擬。在其它實施例中，基礎模型不同于擾動前模型，在該情形中衍生模型需要三個成像模擬，每一個利用基礎模型、未擾動的模型以及擾動的模型。在這些之后的 實施例中的一個例子中，基礎模型可以是OPC模型。靈敏度建模圖4示出了經由掃描器模型402和掃描器量測器404的在光學參數420上的旋鈕 設定400的效果。特定的光學參數不會受在可利用的或所采用的掃描器旋鈕中的變化的影 響，因此可以通過掃描器量測器完全地固定。這些情況中的例子包括用于與沒有帶寬控制 的激光器相匹配的掃描器的激光器光譜。在其它情形中，光學參數受旋鈕變化的影響，且可 以由掃描器模型402和掃描器量測器404的組合導出。例如，照射光瞳受NA和西格瑪變化 以及在特定類型的掃描器上的其它變化(包括橢圓率設定)的影響。同理，照射光瞳可以 利用與掃描器模型結合的光瞳測量進行預測。圖5示出根據本發明的基本方面，其包括響應于一個掃描器上的設定變化來預 測任意圖案的成像變化(即臨界尺寸變化和輪廓變化)，同時保持光刻過程的所有其它方 面是未變化的。在顯示出的例子中，一系列的N個模擬被執行，其中每一模擬(分別)產生 對應于測量的輪廓560-562的模擬的輪廓M0-M2，其是可以獲得的或在模擬的條件下被 產生。每個模擬可以通過由掃描器模型510所使用的不同組的旋鈕設定500-502來區分。 掃描器模型510產生了光學參數520-522，其可以可選地通過利用來自掃描器量測器512的 輸入來產生，光學參數520-522被用于產生各自的模擬輪廓M0-M2。模擬的輪廓540-542 和測量的輪廓560-562可以被分析，以產生、校準和優化模型參數572。在一個例子中，模擬 的和測量的輪廓可以通過使用價值函數570在數學上進行處理。用符號表示，靈敏度建模的目標是預測響應于旋鈕變化Δ kj的圖案i的⑶變化 ACDi0對于典型的掃描器調整應用，盡管本發明絕不是被限制成線性模型情形的假定，但 是線性模型可以具有相當好的效果，這是因為調整量很小。因此，在線性模型是可應用的情 況下，
權利要求
1.一種光刻過程模擬的方法，包括提供描述可歸因于光刻過程參數中的差別的成像結果中的差別的微分模型；和 使用所述微分模型產生模擬的晶片輪廓。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，光刻過程參數中的差別對應于掩模差別、抗蝕劑 差別、軌跡差別、蝕刻差別和掃描器差別中的一個或更多個。
3.根據權利要求6所述的方法，其中所述掃描器差別包括與光學裝置、機械裝置、控制 和器件特有的激光器漂移中的一個或更多個相關聯的差別。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述模擬的晶片輪廓對應于抗蝕劑中的晶片輪廓。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述模擬的晶片輪廓對應于蝕刻之后的晶片輪廓。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述模擬的晶片輪廓包括能夠由通過至少一個不 同的光刻過程參數相互區別的光刻過程產生的輪廓。
7.根據權利要求1所述的方法，其中所述微分模型表征包括兩個掃描器的兩個光刻過 程中的差別。
8.根據權利要求1所述的方法，其中所述微分模型所描述的差別包括可調整的和不可 調整的參數。
9.根據權利要求7所述的方法，還包括通過使用所述微分模型和所述兩個掃描器中的 一個掃描器的模型來導出所述兩個掃描器中的另一個掃描器的模型的步驟。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述一個掃描器的模型是OPC模型和OPC驗證模 型中的一個。
11.一種用于光刻過程模擬的方法，包括提供描述可歸因于用于一個掃描器的掃描器設定中的差別的成像結果中的差別的靈 敏度模型；和使用所述靈敏度模型產生模擬的晶片輪廓。
12.根據權利要求11所述的方法，其中所述模擬的晶片輪廓對應于抗蝕劑中的晶片輪廓。
13.根據權利要求11所述的方法，其中所述模擬的晶片輪廓對應于蝕刻之后的晶片輪廓。
14.根據權利要求11所述的方法，其中所述模擬的晶片輪廓包括能夠由通過至少一個 不同的掃描器設定參數相互區別的光刻過程產生的輪廓。
15.根據權利要求11所述的方法，還包括步驟在另一設定下通過使用所述靈敏度模 型和所述掃描器的基礎模型導出在特定設定下的掃描器的模型。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述掃描器的基礎模型是OPC模型和OPC驗證 模型中的一個。
17.根據權利要求11或15所述的方法，其中所述掃描器設定涉及所述一個掃描器的照 射系統、投影系統、激光源和晶片臺中的一個或更多個。
18.一種用于校準光刻模型的方法，包括步驟執行光刻過程的多個模擬，其中對于每一模擬，改變過程模型的可調整的設定；比較由所述模擬產生的模擬的輪廓與在所述光刻過程中的對應變化下產生的測量的 輪廓，以識別所述模擬的輪廓和所述測量的輪廓之間的差別；和基于所識別的差別通過使用價值函數來校準所述過程模型的參數。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述過程模型是靈敏度模型，其描述了可歸因 于光刻設備的設備設定中的差別的成像結果中的差別。
20.一種用于校準光刻模型的方法，包括步驟執行用于多個掃描器的光刻過程的模擬，其中微分模型表征了所述光刻過程中的與掃 描器相關的差別；識別由所述模擬產生的模擬的輪廓和在所述模擬的條件下由所述多個掃描器獲得的 對應的測量的輪廓之間的差別；和基于所述識別的差別來優化所述微分模型的參數。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述優化步驟包括步驟調節可調整的和不可 調整的掃描器參數，直到所述模擬的輪廓中的差別與所述測量的輪廓中的對應差別匹配。
全文摘要
光刻模擬使用了微分模型。微分模型描述了關于可調整的和不可調整的掃描器設定的兩個掃描器的成像特性上的差別。用于兩個掃描器中的一個的模型通過使用另一個掃描器的模型和微分模型來獲得。類似地，靈敏度模型表示了關于不同的掃描器設定的一個掃描器的成像特性上的差別。另外地，提供用于通過與印刷結果比較來校準微分模型和靈敏度模型的方法。
文檔編號G03F7/20GK102057329SQ200980120709
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月29日 優先權日2008年6月3日
發明者葉軍, 吉姆·庫梅恩, 曹宇, 羅納德·古森斯, 邵文晉 申請人:Asml荷蘭有限公司