CN1788237A - 用于评估光刻中的多次曝光工艺的结果的方法 - Google Patents

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Abstract

一种评估多次曝光光刻工艺的工艺结果的方法，首先独立地确定多次曝光工艺的各曝光步骤或工艺的一组期望图像(组1，组2)，然后通过由来自后面的曝光步骤的加权图像(组2)调整来自第一或在前的曝光步骤的图像(组1)，来获得复合图像组(最终组)。优选，通过在各曝光步骤的散焦范围上以标准化空间图像的形式进行模拟，来确定期望的图像，所使用的加权因数为后面的曝光剂量与前面步骤的曝光剂量的剂量比值。可以使用最终的复合图像组来评估多次曝光光刻工艺，例如，对于给定的剂量和焦距误差预计来提供产量评估，或可选的是，提供用于实现获得目标产量所需的工具误差预计的规格。

Description

用于评估光刻中的多次曝光工艺的结果的方法
技术领域
本发明涉及光刻处理方法，尤其涉及计算用于其中的多次曝光技术的工艺结果。
背景技术
通常，通过形成几层材料层来在半导体晶片上形成诸如MOSFET的器件。所形成的那些层中的大部分这样制造的，利用例如光刻的照相构图技术来曝光器件上的目标对象，以在感光介质中形成图形。在制造工艺期间，利用目标对象上的感光介质(光致抗蚀剂层)的单次曝光来印刷器件上的各层图形，以形成作为感光层(光致抗蚀剂层)曝光之后显影的结果的光刻掩模。
如何从用于曝光感光层例如用于该用途的光致抗蚀剂的单次曝光技术计算或预测工艺误差的结果是非常公知的。通常将在模拟这种结果中的计算称为诸如光刻工艺的工艺的工艺宽容度或工艺窗口(window)，其由下述公式表述。
             单次曝光系统的的工艺窗口表达式
由下述公式限定单次曝光系统的模拟工艺窗口PW：
PW＝fpw(FEM，E，F)
其中参数为：
FEM＝条宽对焦距和剂量的曲线，
E＝与FEM分析相关的曝光剂量变化，
F＝与FEM相关的焦距变化，以及
fpw＝公知的工艺窗口。
工艺窗口指的是光刻工艺条件(例如散焦和曝光剂量)的范围，在该范围内，临界掩模图形特征会具有落在期望的公差范围内的印刷尺寸。
当考虑多于一次的曝光技术作为用于印刷临界光刻水平的可选方案时，出现了问题。
例如，可能需要两次曝光的一种技术为交替相移掩模(altPSM)方法的实施，其中作为第一步骤，使用诸如图1A中示出的示例性altPSM掩模8的altPSM掩模，光辐射穿过其以将感光层上的目标对象曝光。然后是第二步骤，使用穿过诸如图1B所示的示例性调整(Trim)掩模9的调整掩模的光辐射来曝光目标对象。采用调整掩模以调整掉或除去感光层(光致抗蚀剂或抗蚀剂)中不期望的特征，从而只在器件(芯片/晶片)上的感光层中留下期望的图形，以形成最终的期望图像。
图1A中示出示例性altPSM掩模8，其宽1000nm，并且左边具有不透明的狭窄边缘LL，而右边具有镜像不透明的狭窄边缘RR。在图1A中，明显阻挡光辐射通过其的边缘LL/RR为50nm宽。在狭窄边缘LL/RR的中间有宽100nm的中央不透明间隔物D1，该间隔物也明显地阻挡光辐射穿过其中。在中央不透明间隔物D1的左边和右边、边缘LL/RR之间，为altPSM掩模的各宽400nm的左侧/右侧部分L1/R1。AltPSM掩模的右侧部分R1使光辐射以零度(0°)相移穿过其中。AltPSM掩模的左侧部分L1使光辐射以π(180°)相移穿过其中。由图1A的altPSM掩模来进行第一曝光。
图1B中示出示例性调整掩模9，其也为1000nm宽，并没有不透明的边缘。在这种情况下，如果调整掩模9宽150nm，则在边缘中间存在更宽的中央不透明间隔物D2。在中央不透明间隔物D2的右侧和左侧、在调整掩模9的边缘之间为调整掩模9的各自宽425nm的左侧/右侧部分L2/R2。
通过图1B的调整掩模9来提供对目标器件上的光致抗蚀剂的第二次曝光，来影响(调整)第一次曝光在目标器件上的结果。虽然如何计算或预测单次曝光技术的工艺误差的结果是公知的，但是很难计算或预测在两次曝光方案中的工艺误差的复合结果，因为第二次曝光的参数很大程度上是独立于第一次的。
下面描述几个专利，其涉及多次曝光技术，但与本发明基本不同。
Pati等人的美国专利5,527,645“Systematic Method for Production ofPhase-Shifting Photolithographic Masks”描述了一种制造具有透射函数的光刻掩模的方法，其中，光穿过定位在物体平面中的掩模的透明部分透射出，并且其中在图像平面上形成图像。通过图像平面上的照明系统来限定要形成的二元图像图形，随后根据透射函数和二元图像图形来产生满足预定误差标准的具有连续变化的相位的连续掩模函数。然后通过将连续变化的相位分成四个相位水平来将掩模函数变换为求积相位掩模函数。接着，Pati的专利根据求积相位掩模函数生成掩模，其中，掩模包括多个像素区，每个像素区具有相应于四个相位水平之一的透射率。Pati的专利描述了一种制造altPSM掩模的方法，但是没有描述分析或预测晶片上的最终印刷图形的方法。
Liebmann等人的共同转让的美国专利5,807,649“LithographicPatterning Method and Mask Set Therefor with Light Field Trim Mask”描述了一种光刻构图方法和掩模，所述掩模利用具有阻挡尺寸(block size)增大的掩模尺寸的相移调整掩模设置，以便于除去先前的曝光缺陷。其中没有对晶片上的最终临界抗蚀剂图形的工艺结果的讨论。
Borodovsky的美国专利5,532,090“Method and Apparatus forEnhanced Contact and Via Lithography”描述了用于在感光层中形成开口的方法和装置。将未构图的感光层曝光于具有尺寸在严格的工艺公差内的开口图形的第一掩模。在显影之前，将感光层曝光于在开口图形周围具有清晰间隔的栅格的第二掩模。穿过两种掩模的联合曝光形成具有较小开口的潜像。利用两次曝光，采用针对各次曝光设计的用于控制强度分布的曝光剂量，形成尺寸减小的开口。Borodovsky的专利描述了在抗蚀剂中形成小孔的技术，但不涉及计算/量化最终抗蚀剂图形上的工艺结果的方法。
Dao的美国专利5,635,316“Layout Methodology，Mask Set，andPatterning Method for Phase-shifting Lithography”描述了一种用于构图感光层的器件层布线方法。在布线中，将器件特征布置在沿行和/或列延伸的线上。从数据库中获得线和/或列以形成对相位边缘(phase-edge)相移层的布线。可以将感光层曝光于与该布线相应的掩模中，从而形成行和/或线的潜像。还将感光层曝光于器件层布线中，以曝光相位边缘层中的不期望部分。Dao等人描述了多次曝光的应用，但没有涉及计算工艺结果的方法。
Satoh等人的美国专利6,159,644“Method of FabricatingSemiconductor Circuit Devices Utilizing Multiple Exposures”描述了一种制造这样的器件的方法，其提高了在利用曝光方法制造器件时的对准，该曝光方法结合使用了利用紫外线的减小的图像投影曝光、以及E-束绘图方法。测量光束对准误差。E-束这样绘制曝光，使得由第一和第二误差量修正电子束上的曝光数据。该专利没有描述在最终的电路器件上的任何工艺结果。
因此，仍需要一种计算用于多次曝光光刻工艺的复合工艺窗口的方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于评估多次曝光(多步)光刻工艺的方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于确定多次曝光光刻工艺的复合图像的方法。
本发明的再一目的是提供一种用于确定多次曝光光刻工艺的复合工艺窗口的方法，其中工艺窗口(PW)为光刻工艺条件的范围(例如曝光剂量和散焦条件的范围)，在所述范围下可以可靠地印刷特征。
本发明的又一目的是提供一种方法，所述方法在对光刻工艺的工具和条件提供误差预计(即剂量分布和散焦误差)时确定多次曝光光刻工艺的期望产量。
本发明的另一目的是提供一种方法，所述方法确定工具和工艺的规格(例如误差预计规格)，以确保多次曝光光刻工艺的目标产量。
根据本发明，提供了一种用于确定多次曝光或多步光刻工艺的一组复合空间图像的方法，其中，单独地确定对各曝光步骤或工艺的空间图像组，然后通过结合来自第一或在先曝光步骤(或工艺)的图像与来自多次曝光工艺的后面的曝光或步骤的加权图像，而顺序地确定复合空间图像组。优选，通过模拟确定图像，并将所述图像提供为在各曝光步骤所期望的散焦值范围上的标准化图像。加权因数优选为来自后面步骤的剂量与来自在先步骤的剂量的剂量比值。
根据本发明，复合图像可以用于进行对多次曝光工艺的工艺窗口分析。例如，可以提供光致抗蚀剂材料的阈值剂量，并将其用于确定期望印刷临界尺寸(CD)。CD值又可以用于确定工艺窗口度量(metric)的表示或函数(即模型)，例如，通过提供类似于调焦曝光阵列(FEM)的在给定剂量和焦距值下的工艺窗口度量值，然后对那些值提供函数拟合或可选地提供查找表。该工艺窗口度量函数然后可以用于确定在给定剂量和散焦的误差预计下的工艺窗口分布，并提供多次曝光工艺的期望产量。可选的是，给定目标产量，可以使用复合工艺窗口分布来确定工具的误差预计规格，以确保多次曝光工艺获得目标产量。
附图说明
下文参考附图解释和描述了本发明的前述和其它方案和优点，其中：
图1A示出现有技术的altPSM掩模；
图1B示出现有技术的调整掩模；
图2A示出由图1A的altPSM掩模产生的一组散焦的空间图像；
图2B示出由图1B的调整掩模产生的一组散焦的空间图像；
图3示出本发明的方法的流程图；
图4A-4D示出根据本发明使用的用于评估多次曝光工艺的空间图像；
图4A示出类似于图2A的一组空间图像、比例减小的由图1A的altPSM掩模产生的空间图像；
图4B示出从由图2B中示出的调整掩模产生的空间图像中选出的单个空间图像(图像2)。图像2曲线只是为了示例说明，图2B中的几个曲线中的任何一个都可以用于本文所描述的本发明的工艺流程中；
图4C是来自图4A和图4B的双曝光的复合空间图像，其中选择特定空间图像HC；
图4D示出了强度对位置曲线HC，所述曲线HC从图4C所示的曲线组中选出，其如水平虚线所示被从剂量阈值t1到阈值tn分割；
图5A是随着来自第一曝光工艺的散焦而变化的条宽的调焦曝光阵列(FEM)；
图5B示出其中限定可接受的工艺窗口的调焦剂量绘图；
图5C示出曝光宽容度随景深的变化；
图6是图3的流程图的方框18中的用于获得CD对焦点的曲线的步骤的流程图；
图7示出被映射为随“剂量比值”和“第二曝光散焦”变化的复合工艺窗口响应表面；
图8A-8D示出根据本发明的Monte Carlo分析，其提供在给定剂量和散焦误差预计下的复合工艺窗口分布；
图9示出适用于执行本发明的方法的数据处理系统；
图10、11和12示出根据本发明从对在图8D中确定的复合工艺窗口分布的分析获得的产量评估。
具体实施方式
本发明提供一种用于计算和/或预测对衬底上的诸如光致抗蚀剂层的感光材料层的多次曝光技术的工艺误差(例如焦距和剂量)的结果的模拟方法。
一种可能需要两次曝光的技术为如上文参考图1A和图1B描述的altPSM工艺的实施。另一种多次曝光工艺的实例为，在图形的第一次曝光后，偏移图形的对准，随后进行第二次曝光。虽然，下面使用altPSM多次曝光工艺作为用于示出本发明优选实施例的实例，但是，本领域技术人员可以理解，本发明可以应用于其它多次曝光工艺。
在典型altPSM工艺中，这样形成最终的芯片图形，首先将晶片上的抗蚀剂层曝光于由穿过altPSM掩模8的曝光(即通过光辐射)形成的图像中。通过特定的曝光剂量和散焦值来表现第一曝光条件的特征。在显影抗蚀剂以形成通过曝光掩模8形成的第一图形之后，使光辐射穿过图1B的调整掩模9，以曝光被构图的抗蚀剂层上的目标对象，但通常采用与在(第一次)altPSM掩模8曝光中使用的剂量和散焦值不同的曝光条件(例如第二曝光剂量和散焦值)。利用本领域公知的技术可以模拟分别由各曝光产生的期望的空间图像。
例如，图2A示出这样产生的一组模拟空间图像，其中通过投影穿过图1A的altPSM掩模8的照明，来产生一组表示位于一组不同焦点(即散焦值)上的散焦图像，所述焦点与所期望的掩模8的工艺条件相关。下文将图2A中示出的一组散焦曲线统称为“组1”。与掩模8的第一曝光条件相关的不同散焦值的每个曲线示出了投影到曝光的光致抗蚀剂上的随位置(沿着如图1A中示出的x轴)变化的最终图像强度。将强度标准化为清除掩模(或无掩模)的最大照明强度。
图2B示出这样产生的空间图像的模拟组(被标准化为清除掩模的最大照明强度)，其中通过投影穿过图1B的调整掩模9的照明，以在一组不同的焦点上产生一组散焦图像。下面被称为“组2”的图2B中所示的一组曲线，对于与修正掩模9的工艺条件相关的散焦值范围，示出投影在曝光的光致抗蚀剂上的随沿图1B中所示出的x轴的位置变化的最终标准化图像强度。(最上面的曲线为虚线曲线S2，其在图4B中还被示为实线曲线。)
虽然图2A和2B中示出的标准化强度曲线独立于剂量，但是可以评估在给定散焦值下的剂量效果，因为当辐射能量超出阈值水平时，曝光剂量(其随照明强度和曝光时间变化)在抗蚀剂中形成潜像。阈值能量水平可以由有效的强度水平表示，例如如图4D中示出的t1或tn，其相应于对给定抗蚀剂的阈值剂量。在阈值水平与给定强度曲线的交点之间的距离提供了对于给定散焦和曝光剂量所期望的印刷尺寸(通常称之为临界尺寸或CD)的测量。因此，可以使用图2A中的曲线来将相对于目标CD值的CD误差单独地估测为用于第一(altPSM)掩模8的随剂量和散焦的变化或工艺窗口。同样，可以使用图2B中的曲线来单独估测用于第二(调整)掩模9的工艺窗口。
然而，通过穿过图1B的第二调整掩模9来提供感光层的第二次(双)曝光，感光层上的第一次曝光(例如，利用altPSM掩模8)结果被双曝光改变。因此，本发明提供用于在已经实施两次或其它多次曝光工艺之后来计算复合工艺窗口的方法。
图3是示出用于计算和预测双曝光方案中的工艺误差结果而根据本发明所执行的步骤的流程图，其中在双曝光方案中，第二次曝光独立于第一次。可以将根据本发明的方法直接应用于其它多次(例如多于两次)曝光工艺。
用于预测双曝光工艺窗口分布的步骤
图3中示出的流程图基于使用至少一个双曝光工艺、给定掩模设计(图形)以及用于两次(双)曝光或多次曝光的一些给定照明条件的假设。可以将本发明的原理外推以用于计算多于双曝光的多次曝光的工艺窗口。图3中示出的流程图的方法开始于方框10。
图9示出用于执行图3中示出的流程图的方法的数据处理系统40。连接中央处理器CPU以接收来自由控制本发明工艺的操作者所操作的键盘KB的输入数据。将所存储的与图1A和1B的掩模形状相关的数据和与本发明相关的算法存储在数据存储装置DSD中，该数据存储器件DSD连接处理器CPU以相互地向其发送和从其接收数据。连接显示装置(监视器)DD以在其屏幕上显示来自处理器CPU的图形，并提供图形印刷/绘制装置GR，以提供在监视器DD上所显示的绘图的印刷复制品。连接能够扫描文件的光扫描器SC，以通过到处理器CPU的连接来将图形和文字数据输入到系统40中。
I.确定复合图像
在变化散焦上的第一曝光的空间图像模拟(组1)
再次参考图3，在步骤12，系统模拟由图2A和图4A示出的被散焦的空间标准化图像组组1(即，被标准化为相应于第一曝光工艺的最大强度的多次曝光工艺的第一次曝光的一组空间图像图像i，I＝1，...I)。在该实例中，图2A和图4A示出作为通过利用图1A的altPSM掩模8而产生的曝光图像的被散焦的空间图像组组1。组1的曲线是通过在变化的散焦程度下投影穿过图1A的altPSM掩模8的照明而产生的，即，组1曲线描绘出在投影系统的一组不同焦点上的穿过来自altPSM掩模8的图像的强度分布图。图2A和图4A都示出曝光强度随通过图1A的altPSM掩模8的位置(沿着x轴)的变化的曲线。图4A是图2A的缩小比例的再现，其用于示出由图4A和4B的曲线表示的曝光与图4C的曲线表示的曝光之间的关系。应该如此选择用于散焦图像组1的散焦值f1i，i＝1，...，I，使得其跨越包含可用CD的范围的散焦值范围。例如，为了确定CD可用，需要印刷的图像的特征应该具有足够尖锐的边缘或侧壁、以及落入诸如期望或目标CD值的10％的公差内的尺寸。换句话说，焦距值f11至f1I的范围应该至少覆盖这样的值，对于所述值，可以获得足够的图像对比度(或图像斜率)，以使得所印刷的CD可以应用。
下面是对图3的步骤14-28的详细描述。
在变化散焦上的第二曝光的空间图像模拟(组2)
在步骤14，该示例性实施例的系统模拟第j个散焦图像图像2j，其中j＝1，...，J，且f2j与f2J跨越散焦值的范围，以使得第二曝光图形包含CD的所有期望变化。例如，所选择的第j个图像为从图2B所示的组2图像中选择的虚线曲线S2。基于通过穿过图1B的调整掩模9的照明而产生的图形，图4B中示出了同样的图像实线S2。与用于第一曝光(组1)的图像模拟相同，在第二曝光工艺中，在给定焦距(或散焦)值上将组2的第二曝光图像(第二曝光图像组图像2j，j＝1，...，J)标准化为清除掩模的最大强度。注意，用于第一曝光步骤或工艺的最大强度可能不同于用于第二曝光步骤的最大强度，因为在多次曝光工艺中，对于不同的曝光步骤，照明条件不同。
确定复合图像(最终组)
根据本发明，通过结合从第一曝光工艺(例如altPSM掩模8的曝光)中产生的第一模拟图像(例如，第i个选定的图像图像1i)与由第二曝光工艺(例如调整掩模9的曝光)中的第二模拟图像(例如，第j个选定的图像图像2j)来确定复合图像。优选地，这样形成一组复合图像图像Cm，使得多次曝光工艺包含CD中的所有期望变化，其中m＝1，...，M表示剂量和散焦值的范围。下文将该复合图像组称为复合图像的“最终组”。
通过从第一曝光工艺的第1个散焦值处的组1(图像1i，i＝1，...，I)中提取各图像、并将其与来自第二曝光工艺的第j个散焦值处的组2(图像2j，j＝1，...，J)的第j个图像图像2j的加权图像结合，来计算最终组中的每一个独立的图像元素。这里，加权因数优选为第二曝光工艺的剂量与第一曝光工艺的剂量的标准化比值(下文称之为剂量比值)。在该实例中，可以将标准化的剂量比值表达为
剂量比值＝Dnorm2/Dnorm1，
其中Dnorm＝DA/E0，
DA为实际剂量，E0为与抗蚀剂相关的清除剂量(dose-to-clear)，而下标1和2分别指第一和第二曝光条件。将清除剂量定义为当暴露于显影液时导致感光层被完全除去(对于正性抗蚀剂的情况)的曝光。(对于负性抗蚀剂，其在曝光之前开始是可完全被溶解的，相应的术语为凝胶剂量，其为使抗蚀剂开始变得不可溶解的曝光)。如果可以限定对于每次曝光都是最优的最佳或目标剂量(即，DT1和DT2)，则实际剂量一般会偏离最优化目标(即分别为剂量误差ΔD1、ΔD2)，从而可以将剂量比值表达为
剂量比值＝((DT2+ΔD2)/E02)/((DT1+ΔD1)/E01)
为了方便模拟，还可以用联合双曝光的目标或最佳剂量比值R0来表示剂量比值，而可以将实际剂量比值RA表示为从最佳R0偏差Δr，即：
RAm＝R0+Δrm。
优选，剂量比值误差Δrm的范围跨越双曝光工艺的期望剂量比值误差的范围，其中m＝1，...，M。
因此，在步骤16中，如下述表达式所示，通过对来自图4A所示的组1的每一个图像强度图像1i(其中i的范围包括第一曝光步骤中的I个散焦值F1i)添加步骤14(图4B)的图像2的曲线S2j的加权图像强度(其中j的范围包括第二曝光步骤中的J个散焦值F2j)，来确定一个复合或调整图像图像C(即，最终组的一个复合图像元素或项)：
图像Ci，j，m＝图像1i+{RAm×图像2j}
其中，选择第m个剂量比值RAm跨越双曝光工艺所期望的剂量比值误差范围，其中m＝1，...，M。对于多次工艺的每一个后面的曝光步骤，下一工艺步骤相对于在先工艺步骤的剂量比值Rn+1，n为第(n+1)个剂量与Rn，n-1的剂量比值的比值，且随后将Rn+1，n应用于第(n+1)个的图像n+1。
在目前的双曝光实例中，如果认为J＝4个第二散焦值F2j和M＝5个剂量比值值足够对该实例双曝光工艺的变化范围取样，则对于来自组1的每一个第i个图像1i(即对于所有F1i，i＝1至I)，推导出{RAm×图像2j}的N＝J×M＝20个值(图3中的方框32)，如下面的表I中所示。
                         表I
                     第二曝光
  数目(N＝J×M)   第二次曝光剂量(剂量比值)   第二次曝光焦距
  1   1   1
  2   2   1
  3   3   1
  4   4   1
  5   5   1
  6   1   2
  7   2   2
  8   3   2
  9   4   2
  10   5   2
  ...  ...  ...
  20   5   4
可以使用图像曲线的最终组中的每一个复合图像图像Ci，j，m来获得随阈值剂量值变化的期望宽度或临界尺寸(CD)值。然后可以使用这些CD值与标定的或目标设计值的偏差来评估复合工艺窗口，如下面更为详细的描述。
II.确定复合工艺窗口
可以用图像图形或抗蚀剂图形的适当特征的度量来表示光刻工艺的质量。例如，条宽或CD中的变化，显影之后的抗蚀剂厚度、或者抗蚀剂特征的侧壁角度为一些可用的特征或度量。如果当工艺条件改变(例如存在剂量和散焦的改变)时，这些特征，诸如CD变化，落入可接受的公差内，则确保获得期望的产量，应该优选控制工艺条件以在该可接受的范围或工艺条件的窗口内变化。
测量工艺窗口的标准方法为使用调焦曝光阵列(FEM)，其中对于贯穿剂量和焦距条件的范围处理的测试图形获得诸如CD变化的实验数据。
根据本发明，通过利用复合图像组(最终组)来产生复合调焦曝光阵列(FEM)，然后通过分析复合FEM，可以评估多次曝光工艺的复合工艺窗口，如下文更详细的描述。
临界尺寸(CD)对第1散焦的曲线
根据本发明，可以使用复合图像(最终组)来评估用于工艺窗口分析的抗蚀剂图形特征(例如复合FEM)。例如，在图3的步骤18中，对于所有的组1图像(即在所有的第1曝光散焦值下)，评估在给定第二曝光散焦和给定剂量比值(或给定第二曝光剂量)下的CD值。所评估的CD值可以为阈值CD值，其为对于理想抗蚀剂所获得的CD，在该理想的抗蚀剂中，抗蚀剂在所施加的图像强度到达抗蚀剂的阈值剂量时响应为步骤函数。可选的是，通过利用更现实的抗蚀剂模型，其中将最终组复合图像作为输入提供到模型中，能够模拟期望的CD或其它图形特征特性(诸如侧壁角或抗蚀剂厚度)。
利用由图4C中示出的符号HC高亮显示的选定的一个复合图像，图4D示出如何对于相应的阈值剂量值t1，......，tn分别估测阈值CD1，...，CDn。对于在所有第一曝光散焦值上的每个复合图像曲线的阈值剂量值的范围，可以评估阈值CD值，并如图5A所示将其绘制成随第一曝光焦距F1i的变化，其中沿着固定阈值剂量t1，......，tn的曲线来绘制条宽或阈值CD。图5A中示出的曲线为所产生的复合FEM曲线，其相似于通常适合于实验性FEM数据的标准的Bossung曲线。
图6是图3的流程图的方框18中的用于获得图5A的CD对焦距的曲线的步骤的更详细的流程图的一个实例。如本领域技术人员所熟知的，依赖于用于计算CD的抗蚀剂模型的类型，该组步骤18A-18N可以包括几个更多或更少的步骤。
从步骤18C，流程图沿着线18D前进到步骤18E，在步骤18E中，系统从在步骤18C中获得的空间图像组中选择特定的散焦图像。基于图4C中的高亮曲线HC为已经选定的当前特定散焦图像的假设，进行分析。
从步骤18E，流程图沿着线18F前进到步骤18G，在步骤18G中，系统“分割(slice)”在如图4D中所示的多个不同的强度阈值剂量值下选择的空间图像，其中图4D为示出从图4C中示出的曲线组中选择的曲线HC的强度对位置的曲线图。从阈值t1阈值tn分割曲线HC。
通过选择包含在强度分布图中的几个强度值来进行“分割”，且对于每一个强度值，测量交点之间的距离，在交点处，强度值与强度分布图曲线相交。对于每次“分割”，记录最终的阈值CD，如图4D中所示。
从步骤18G，流程图沿着线18H前进到步骤18I，在步骤18I中，系统测试以确定，对那一点获得的结果是否包括随散焦和强度阈值变化的将被印刷的对象的宽度的CD值的全阵列，所述对象例如为诸如FET晶体管的栅极的条栅。
如果在步骤18I中的测试产生否答复，则流程图沿着线18J前进到步骤18K，在步骤18K中，从空间图像组中选择另一个空间图像，且流程图沿着线18L前进到线18F以在循环迭代中重复步骤18G。
在上述情况下，在循环迭代中重复步骤18G，直到获得如图6的流程图中的方框18I中的测试表示的随散焦和强度阈值变化的CD值的全阵列。
图5A示出随焦距和剂量值变化的条宽的绘图的调焦曝光阵列(FEM)。图5A图解示出了步骤18I在其产生“是”时的结果。示意性地示出了在重复如步骤18E和18G所述地选择具体的散焦空间图像、并“分割”该空间图像之后的最终条宽。
然后，如果关于方框18I中测试的答复为是时，流程图沿着线18L前进到END方框18M，表示由图6中的流程图限定的程序结束。
然后可以使用由系统产生的最终的CD值的全阵列来计算公知为工艺窗口的光刻工艺性能。(上文中描述了工艺窗口函数(fpw)。)
工艺窗口响应表面
再次参考图3，在步骤20中，利用由复合图像产生的抗蚀剂图形特征(例如CD值)，可以确定工艺窗口度量值。在典型的单次曝光工艺中，可以根据实验FEM数据来确定工艺窗口。可以将工艺窗口度量值确定为随曝光宽容度和景深的变化。可以使用这些实验确定的工艺窗口度量值来获得工艺窗口模型的函数形式，例如通过实施标准的曲线拟合技术。可以将这种工艺窗口函数称为工艺窗口响应表面。
根据本发明，随剂量比值和散焦变化的复合工艺窗口度量值可以通过首先利用在给定第二曝光散焦和剂量比值值上的复合图像组(最终组)来确定，并将其用于基于在固定F2j和固定剂量比值RAm下的所有第一次曝光焦距值F1i，i＝1，...，I的所有第一次曝光图像(即，图像Ci，j，m)，从而产生复合工艺窗口值。复合响应表面优选通过利用曲线拟合技术或诸如查找表的其它适合的方法来产生，或者可以利用根据本发明的复合加权因数来直接从空间图像模拟模型计算。
优选的度量值如下：
a.在曝光宽容度对景深(DOF)的曲线下的积分面积(％-μm)；或者
b.在某些给定的曝光宽容度百分比值下计算的景深值(μm)。
所采用的度量的选择不限于这些优选的度量，但是应该选择其以展现在评估下的光刻阶段的工艺性能。
在图5A至5C中示出了在曝光宽容度对景深(DOF)的曲线下的积分面积(％-μm)。图5B示出可以从诸如图5A所示的条宽对焦距-剂量的绘图中推导出的剂量-焦距工艺窗口绘图。在这些实例绘图中，剂量指的是用于评估CD(如图4D中所示)的阈值剂量。在图5B中，上部曲线115为CD公差的上限，而下部曲线114为CD公差的下限。在上限115与下限114之间的面积限定可接受的工艺窗口。通常，用曝光宽容度将该信息表示为景深(DOF)的函数。例如，宽矩形区52表示焦距的最大范围或者落入可接受的工艺窗口内的DOF。在该固定的DOF，剂量值或曝光宽容度的最大范围由宽矩形区52的高度表示。注意，在图5B中，为了简便，按照log比例绘制剂量。然而，为了计算曝光剂量宽容度，使用线性比例。在图5C中将该值绘制为随DOF和曝光宽容度变化的相应点52，其中曝光宽容度为宽矩形52的高度(按照线性比例的剂量范围)与在矩形52中点处的剂量值(按照线性比例)的比值，其被表示为百分数。相似，窄矩形51表示其中可以期望大的曝光(或剂量)宽容度的条件，但是对于其，仅容许小的DOF，以确保将图形印刷在公差范围内、并保持在可接受的工艺窗口内。在图5C中将该条件绘制为点51。因此，在曝光宽容度-DOF曲线下的面积可以提供一个有效工艺窗口的度量。
根据本发明，通过基于在给定第二曝光焦距和剂量比值下的所有第一曝光焦距值的复合图像计算工艺窗口度量，来产生复合响应的值。在该实施例中，所使用的工艺窗口度量为％-μm度量，其在该实例中通过基于复合图像曲线图像Ci，j，m，i＝1，...，I来计算在给定第二曝光焦距F2j和剂量比值RAm下的曝光宽容度对DOF曲线下面的面积而获得。这提供了一种用于产生复合工艺窗口响应表面函数的复合工艺窗口值PWCj，m，如图7中所示。在三次或更多次曝光的情况下。可以添加额外的参数，这可以导致具有大于三维的多维响应表面。
在步骤22中，系统确定是否已经获得充足(例如是否已经取样足够范围的第二曝光散焦和剂量比值值的范围)的复合响应表面。如果否，则系统如线30所示通过方框32返回方框14。方框32将N值增加至N+1，如上面表I中所示。将该值引入步骤14，步骤14重复从步骤14-22的工艺，直到在步骤22中的测试产生相对于是否已经获得充足的响应表面的是答复，这可能在已经由方框32穷尽N的所有值之后。从而，对于第二曝光散焦和剂量比值(或第二曝光剂量)的不同值重复步骤14、16、18、20和22，直到获得充足的响应表面为止，即，当已经包含第二曝光散焦和剂量误差的足够大的范围。当步骤22中的答复为是时，系统40沿着线23前进。
III.复合工艺窗口的应用
根据本发明，如果散焦和剂量误差预计已知，则可以使用复合工艺窗口响应表面来预测对于给定的多次曝光工艺所期望的产量。误差预计为已知散焦和剂量误差的范围，其为在光刻工艺中使用的工具的特性。在该实例中，当第二曝光散焦和曝光剂量的值至少包括用于第二曝光的典型散焦和剂量误差预计的范围时，可以认为复合响应表面是充足的。根据已知的散焦和剂量误差分布，例如通过利用Monte Carlo分析，可以确定对多次曝光工艺的产量的评估，如下文更详细的描述。
例如，根据本发明产生复合工艺窗口响应表面，如图7的图表中所示。对于该响应表面，将工艺窗口映射成两个变量即“剂量比值”和“第二曝光散焦”的函数。注意，剂量比值的值从0.5至3.5，而用于第二曝光散焦的值从-0.3至0.3。在该实例中，假设工具剂量和散焦误差(即对MonteCarlo分析的输入)为相应于平均值为2且标准偏差(σ)为0.05的剂量比值误差、以及平均值为0μm且标准偏差(σ)为0.03μm的散焦误差的两个高斯分布。如果散焦和剂量误差的大部分(3σ)落入响应表面的独立变量的范围内，则认为复合响应表面充足。因此，对于该实例，我们具有下列各项：
剂量比值范围：0.5至3.5(即响应表面上的剂量比值的解空间)
散焦范围：-0.3μm至0.3μm(即响应表面上的第二曝光焦距的解空间)
假设的剂量比值的范围＝平均值±3σ＝1.85至2.15(2±0.15)
假设的散焦的范围＝平均值±3σ＝-0.09μm至+0.09μm(0μm±0.09μm)
给定取样范围，可以推定该响应表面通过充足的测试。如果假设的焦距和剂量比值误差的范围包含在如上所述的响应表面的解空间中，则通过充足的测试。如果假设的剂量比值误差的范围为0.1至5，则该响应表面对于评估下的分析是不够的。
给定误差分布(称为对可用工具的误差预计)，例如通过图3的方框24中的Monte Carlo分析来产生剂量和散焦误差范围的期望复合工艺窗口值。图8A示出根据本发明产生的对于altPSM掩模8和调整掩模9的双曝光工艺的复合工艺窗口响应表面。利用如上所述的焦距和剂量比值的误差预计，Monte Carlo分析会产生如图8B中的焦距误差和如图8C中的剂量比值误差。将这些焦距和剂量比值误差施加到图8A的复合响应表面，Monte Carlo模拟会产生复合(在该实例中，为双曝光)工艺窗口值的分布。
接着，这样对所述分布进行分析，或者通过处理器沿着线25’到步骤26，其沿着线27通向方框28的工艺末端、或者通过由技术专家根据显示在监视器DD或绘图印刷机GR上的工艺窗口分布进行分析，在该情况下，工艺直接沿着线25前进到方框28处的工艺末端。这可以包括，在给定某平均目标工艺窗口值下，检测分布的范围或展开。
图10、11和12示出表示本发明的典型光刻性能分析的三种不同方法。在大多数情况下，光刻者关注通过计算其产量来确定具体光刻工艺进行地如何，所述产量通常是对在成品晶片中的全部芯片中的满足或超出规格的芯片数量的测量。
为了本发明的目的，并提供分析度量，可以将产量表示为复合工艺窗口分布的柱状图的面积(如图8D所示)，该面积超出或等于具体的工艺窗口目标。例如，复合工艺窗口分布柱状图的总面积(即曝光条件的总数)表示晶片上的芯片总数。最小目标工艺窗口值表示确保图形特征(例如CD变化)在公差内的最小工艺窗口条件，例如，需要至少10％-μm的目标值来确保CD值在公差内。利用如图8D中所示的分布，等于或超出10％-μm目标的柱状图的面积表示会提供充足CD的曝光条件(或芯片)的数量。对于给定的剂量和焦距误差预计，该面积与柱状图的总面积的比值表示对于本实例的双曝光光刻工艺所期望的产量。
图10示出随具体光刻工艺的平均焦距和平均剂量误差变化的预测产量(表示为百分数)。
图11和12示出用线图取代等高线的与图10中相同的数据。根据图10、11和12中的数据，可以评估不同的光刻工艺。
通过最优化用于各步骤的单独曝光的焦距和剂量条件，还可以使用本发明方法进行对多次曝光操作的工艺控制。可选的是，给定目标产量，可以使用本发明的复合工艺窗口来确定工具规格，以实现用于获得多次曝光工艺的期望目标产量所需的剂量误差和散焦误差预计。
该方法适于被包含在光刻方案软件包中。
虽然，已经根据上述具体实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离本发明的精神和范围下，可以对本发明进行在所附权利要求的精神和范围中的修改，即可以进行形式和细节上的变化。因此，所有这种改变落入本发明的范围内，并且本发明包括下述权利要求的实质。
工业应用性
本发明的方法和计算机程序产品可用于光刻处理，特别可用于制造集成电路，尤其可用于设计用于多次曝光光刻工艺中的掩模。

Claims (20)

1.一种用于评估多次曝光光刻工艺的方法，该方法包括：
提供第一次曝光工艺；
根据所述第一次曝光工艺确定第一多个图像(组1)，其中将所述第一多个图像形成在第一曝光条件的第一范围上；
提供第二曝光工艺；
根据所述第二曝光工艺确定第二多个图像(组2)，其中将所述第二多个图像形成在第二曝光条件的第二范围上；
确定第三多个图像(最终组)，其中所述第三多个图像中的每一个包括由通过加权因数加权的所述第二多个图像(组2)中的一个调整的所述第一多个图像(组1)中的一个；以及
利用所述第三多个图像(最终组)评估顺次实施所述第一曝光工艺和所述第二曝光工艺的结果。
2.根据权利要求1的方法，其中将所述第一多个图像(组1)标准化为第一最大强度，并将所述第二多个图像(组2)标准化为第二最大强度。
3.根据权利要求2的方法，其中所述第一曝光条件范围包括第一散焦范围，而所述第二曝光条件范围包括第二散焦条件范围，并且所述加权因数包括所述第二曝光条件的第二剂量与所述第一曝光条件的第一剂量的比值(剂量比值)。
4.根据权利要求1的方法，还包括根据所述第三多个图像(最终组)确定复合工艺窗口度量(PWC)，其中所述复合工艺窗口度量包括所述第一和第二曝光条件的函数。
5.根据权利要求4的方法，其中所述第一曝光条件范围包括第一散焦范围，而所述第二曝光条件范围包括第二散焦条件范围，并且其中所述确定PWC还包括提供阈值抗蚀剂剂量范围，以及根据所述第三多个图像确定临界尺寸(CD)的范围，其中每个所述CD值相应于所述第三多个图像的其中之一的所述阈值抗蚀剂剂量范围的其中之一。
6.根据权利要求4的方法，还包括：
提供所述第一和第二曝光条件的误差预计分布；
根据所述误差预计分布确定所述PWC的PWC分布；以及
根据所述PWC分布确定产量。
7.根据权利要求4的方法，其中所述确定PWC还包括：
提供所述第二曝光条件中选定的一个；
确定与所述第二曝光条件中的所述选定的一个对应的所述第二多个图像中选定的一个(S2)；
确定所述第三多个图像的子集，其中所述子集包括由通过所述加权因数加权的所述第二多个图像中的所述选定的一个(S2)调整的所述第一多个图像(组1)；以及
根据在所述第一曝光条件的所述第一范围上的所述第三多个图像，确定与所述第二曝光条件中所述选定的一个对应的PWC值。
8.根据权利要求7的方法，还包括确定在所述曝光条件的所述第二范围上的所述PWC，以形成PWC响应阵列。
9.根据权利要求7的方法，其中所述第一曝光条件范围包括第一散焦范围，而所述第二曝光条件范围包括第二散焦条件范围，并且其中所述确定PWC还包括提供阈值抗蚀剂剂量范围，并根据所述第三多个图像(最终组)确定临界尺寸(CD)值的范围，其中每个所述CD值相应于所述第三多个图像的其中之一的所述阈值抗蚀剂剂量范围的其中之一。
10.根据权利要求4的方法还包括：
提供目标产量；
根据所述误差预计分布来确定所述PWC的PWC分布；以及
确定误差预计分布，使得从所述PWC分布获得所述目标产量。
11.一种用于评估多次曝光光刻工艺的计算机程序产品，包括：
计算机可读编码，用于使计算机进行以下操作：
存储第一曝光工艺；
根据所述第一曝光工艺确定第一多个图像(组1)，其中所述第一多个图像被形成在第一曝光条件的第一范围上；
存储第二曝光工艺；
根据所述第二曝光工艺确定第二多个图像(组2)，其中所述第二多个图像被形成在第二曝光条件的第二范围上；
确定第三多个图像(最终组)，其中所述第三多个图像中的每一个包括由所述第二多个图像中被加权的一个调整的所述第一多个图像中的一个；以及
提供所述第三多个图像(最终组)，用于评估顺次实施所述第一曝光工艺和所述第二曝光工艺的结果。
12.根据权利要求11的计算机程序产品，其中将所述第一多个图像(组1)被标准化为第一最大强度，并且所述第二多个图像(组2)被标准化为第二最大强度。
13.根据权利要求12的计算机程序产品，其中所述第一曝光条件范围包括第一散焦范围，而所述第二曝光条件范围包括第二散焦条件范围，并且所述加权因数包括所述第二曝光条件的第二剂量与所述第一曝光条件的第一剂量的比值(剂量比值)。
14.根据权利要求11的计算机程序产品，还包括这样的计算机可读编码，其用于使计算机根据所述第三多个图像(最终组)确定复合工艺窗口度量(PWC)，其中所述复合工艺窗口度量包括所述第一和第二曝光条件的函数。
15.根据权利要求14的计算机程序产品，其中
所述第一曝光条件范围包括第一散焦范围，而所述第二曝光条件范围包括第二散焦条件范围，以及
其中所述使计算机确定PWC的计算机可读编码还包括这样的计算机可读编码，其用于使计算机存储阈值抗蚀剂剂量范围、并根据所述第三多个图像(最终组)确定临界尺寸(CD)值的范围，其中每个所述CD值相应于所述第三多个图像的其中之一的所述阈值抗蚀剂剂量范围的其中之一。
16.根据权利要求14的计算机程序产品，还包括这样的计算机可读编码，其用于使计算机进行以下操作：
存储所述第一和第二曝光条件的误差预计分布；
根据所述误差预计分布确定所述PWC的PWC分布；以及
根据所述PWC分布确定产量。
17.根据权利要求14的计算机程序产品，其中所述用于使计算机确定PWC的计算机可读编码还包括这样的计算机可读编码，其用于使计算机进行以下操作：
存储所述第二曝光条件中选定的一个；
确定与所述第二曝光条件中所述选定的一个对应的所述第二多个图像中选定的一个(S2)；
确定所述第三多个图像的子集，其中所述子集包括由通过所述加权因数加权的所述第二多个图像中的所述选定的一个(S2)调整的所述第一多个图像(组1)；以及
根据在所述第一光条件的所述第一范围上的所述第三多个图像(最终组)，确定与所述第二曝光条件中所述选定的一个对应的PWC值。
18.根据权利要求17的计算机程序产品，还包括这样的计算机可读编码，其用于使计算机确定在所述曝光条件的所述第二范围上的所述PWC值，以形成PWC响应阵列。
19.根据权利要求17的计算机程序产品，其中
所述第一曝光条件范围包括第一散焦范围，而所述第二曝光条件范围包括第二散焦条件范围，以及
其中所述使计算机确定PWC的计算机可读编码还包括这样的计算机可读编码，其用于使计算机存储阈值抗蚀剂剂量的范围、以及根据所述第三多个图像(最终组)确定临界尺寸(CD)值的范围，其中每个所述CD值对应于所述第三多个图像的其中之一的所述阈值抗蚀剂剂量范围的其中之一。
20.根据权利要求14的计算机程序产品还包括用于使计算机进行如下操作的计算机可读编码：
存储目标产量；
根据所述误差预计分布确定所述PWC的PWC分布；以及
确定误差预计分布，使得从所述PWC分布获得所述目标产量。
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