CN1760764A - 光刻设备和器件制造方法 - Google Patents

Abstract

通过适当地选择照射配置、掩模透射和掩模偏置，可以利用足够的曝光宽容度来将接触孔的复杂图案成像，以便以最小半节距k₁＝0.40或0.40以下进行制造。在一个实施例中，提出了利用光刻设备将掩模图案的图像转移到衬底上的方法。所述方法包括：利用包含轴上和轴外成分的照射配置来照射衰减相移掩模的掩模图案，所述照射的轴外成分是在光瞳边缘附近延伸的环形照射；以及将已照射掩模图案的图像投射到衬底上。

Description

光刻设备和器件制造方法

技术领域

本发明涉及光刻设备和方法。

背景技术

光刻设备是将所需图案加到衬底的目标部分上的设备。光刻设备可以用于例如集成电路(IC)的制造。在所述应用情况下，图案形成装置，或者称为掩模或光罩，可以用来产生对应于IC各层的电路图案，且所述图案可成像到具有辐射敏感材料(光刻胶)层的衬底(例如硅晶片)的目标部分(例如包括一个或数个管芯的部分)上。一般来说，单一衬底会包括依次曝光的相邻目标部分的网络。传统的光刻设备包括所谓光学分步重复器和所谓扫描器，在光学分步重复器中，通过将整个图案一次曝光到目标部分上，使每个目标部分受到照射；在扫描器中，通过辐射束在给定方向(“扫描”方向)上扫描图案，同时与所述方向平行或反平行地同步扫描衬底，使每个目标部分受到照射。

光刻广泛地被认为是制造IC和其它器件以及具有小特征尺寸产品的关键步骤。但是，随着特征尺寸越来越小，对于能否大规模制造IC和其它器件以及具有小特征尺寸的产品，光刻正在成为即使不是最重要的，也是最重要的关键控制因素之一。

特征尺寸印刷极限的理论估算可由Rayleigh准则求出，分辨率R如方程1所示：

$R={k_1}^{*}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{NA}}---\left(1\right)$

式中λ为所用的辐射波长，NA是特征尺寸成像所用的投射系统的数值孔径，k₁是与过程有关的调节系数，也称为Rayleigh常数。

从方程(1)可知，任何给定特征尺寸的分辨率可以利用三种途径来改进，即：缩短曝光波长λ、增加数值孔径NA、或减小k₁的数值。过去就一直在同时采取所有这些策略，预计将来仍会继续。对于传统的光刻术

，在k₁＝0.5时达到最终分辨率极限，它对应于仅有一组衍射级(diffracted orders)可以通过投射系统的状态。即使当曝光波长从248nm降到193nm和157nm，且数值孔径从0.5增加到0.75，k₁＝0.5的分辨率极限依然不变。

最近提出的以足够的曝光宽容度(时限)印刷复杂图案的一个解决方案，用于在最小半节距为k₁＝0.5或0.5以下的条件下制造IC，所述解决方案是使用涡旋掩模(vortex mask)。(见Mark D.Levenson等，”The Vortex mask：Making 80nm Contacts with a Twist！”，22^ndAnnual BACUS Symposium on Photomask Techno1ogy，Proceeding ofSPIE Vol.4889(2002))。涡旋掩模是由相位为0度、90度、180度和270度的矩形组成。相位槽壁近乎垂直，所有四个相位区在锐角拐角处交汇，这就定义了各个相位的单一性。由于波前的相位不限定在有四个不同相位的矩形交汇的拐角处，所述点的强度为零。换句话说，涡旋的中央核心是暗的。所以，在经过涡旋掩模后，辐射波前像涡旋一样盘旋，且在其中央核心上具有零幅度，而不是形成平面或球面。与负性光刻胶过程相结合，转移到衬底上的光学涡旋的中心轴暗斑在小k₁(基于半节距)时有可能支持比传统方法更大的加工窗口，并可以利用可接受的加工曝光宽容度印刷更小的特征尺寸。但是要成功地实施这种技术需要开发适用的负性光刻胶色调工艺，这可能既复杂又昂贵。

发明内容

通过适当选择照射配置、掩模透射(即，衰减相移掩模(att-PSM))以及掩模偏置，可以以足够的曝光宽容度来将接触孔的复杂图案成像，以便以最小半节距在k₁＝0.40或0.40以下的情况下进行制造。一个实施例包括这样的照射配置：所述照射配置包括”轴外”和”轴上”元件，所述照射配置在角度上对称并且延伸到光瞳边缘附近。适当地选择照射配置的细节、掩模透射和掩模偏置允许光刻响应(例如焦深、掩模误差增强因子和孔形完整性等)彼此权衡并得到优化。

在一个实施例中，衰减相移掩模与”轴上”和”轴外”照射结合(以便对隔离的孔和更密集的孔都有足够的焦深(DOF))，”轴外”照射在光瞳边缘附近环形对称并延伸。在本发明的实施例中，提供适当的孔偏置，以便可以以较高的DOF和低MEEF印刷复杂的孔图案，而不必在掩模上设置高密度的复杂的辅助特征。

在一个实施例中，提供一种方法，所述方法包括：利用包含”轴上”和”轴外”成分的辐射束投射衰减相移掩模的掩模图案，所述”轴外”成分在施照体的光瞳边缘附近环形对称并延伸；以及将具有图案的射束投射到衬底上。在一个实施例中，掩模图案具有掩模图案偏置，以便将所述掩模图案的图像转换为所需尺寸复制到衬底上。

在另一实施例中，提供一种光刻设备，它包括：施照体，它配置成调整辐射束并将辐射束配置成具有”轴上”和”轴外”成分，”轴外”成分在施照体的光瞳边缘附近环形对称并延伸；支承结构，配置成保持图案形成装置；图案形成装置，它配置成按照所需图案使辐射束图案化并包括衰减相移掩模；衬底台，它配置成保持衬底；以及投射系统，它配置成将具有图案的辐射束投射到衬底上。

在另一实施例中，提供一种用于配置掩模图案中随机特征图案的照射条件的方法，所述方法包括：配置包括多个特征的第一网格的照射条件，所述多个特征以第一节距设置在第一网格中；配置包括另外多个特征的第二网格的照射条件，使第二网格相对于第一网格旋转；以及根据第一网格的照射条件和第二网格的照射条件，确定随机特征图案的照射条件。

在一个实施例中，提供一种具有机器可执行的指令的计算机产品，所述指令可以由机器执行以便实施配置掩模图案中随机特征图案的照射条件的方法，所述方法包括：配置包括多个特征的第一网格的照射条件，所述多个特征以第一节距设置在第一网格中；配置包括另外多个特征的第二网格的照射条件，使第二网格相对于第一网格旋转；以及根据第一网格的照射条件和第二网格的照射条件，确定随机特征图案的照射条件。

附图说明

现仅以实例方式参阅所附示意图描述本发明的实施例，附图中相应的参考符号表示相应的部件，附图中：

图1代表按照本发明实施例的光刻设备；

图2示出示意的随机图案；

图3示出可以模拟随机图案的周期性方形网格图案阵列；

图4示出数种多极照射配置(5极照射配置)，可以用于以不同的旋转取向来印刷方孔网格，以及”牛眼环”照射配置，可以用于将接触孔网格的全部图示角取向成像；

图5a-b示出两个曲线图，它们代表随各种照射配置的孔网格旋转角度而变的模拟的临界尺寸均匀度(CDU)半范围变化；

图6a-b示出两种不同照射配置的模拟的临界尺寸均匀度(CDU)图(网格角度与节距的关系)；

图6c-d分别示出用于图6a-b中的轴外多极和5极照射配置的截面图；

图7a-b示出按照本发明实施例的两种不同照射配置的模拟CDU图；

图7c-d分别示出用于图7a-b中的牛眼环和传统照射配置的截面图；

图8a示出用来计算表1和表2中的CDU的示意的随机图案；

图8b-c分别示出利用图7c和7d的照射配置获得的模拟印刷随机图案；

图9a示出对于利用图7c的照射配置照射的特定图案孔，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化；

图9b示出用于图9a中的示意的随机图案；

图9c示出图案的接触孔的示意的形状以及在光刻胶中形成的接触孔的模拟形状；

图10a-b分别示出利用干法曝光和浸没式曝光时，对于随机图案的特定图案孔，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化；

图10c示出用于图10a-b中的示意的随机图案；

图11a示出对于利用多极照射配置照射的IML/CPL(干涉映象/无铬相位光刻)掩模上的随机图案，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化；

图11b示出用于图11a中的多极照射配置；

图12a示出对于利用多极照射配置照射的IML/CPL(干涉映象/无铬相位光刻)掩模上的随机图案，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化；

图12b示出用于图12a中的多极照射配置；

图13a示出对于利用按照本发明实施例的牛眼环照射配置照射的图10c(在6％衰减相移掩模上)的随机图案，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化；

图13b示出用于图13a中的牛眼环照射配置的截面图；

图14a示出对于利用按照本发明实施例的牛眼环照射配置照射的图10c(在12％衰减相移掩模上)的随机图案，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化；

图14b示出用于图14a中的牛眼环照射配置的截面图；

图15a示出对于利用按照本发明实施例的牛眼环照射配置照射的图10c(在18％衰减相移掩模上)的随机图案，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化；

图15b示出用于图15a中的牛眼环照射配置的截面图；以及

图16示出按照本发明实施例的牛眼环照射配置。

最佳实施方式

图1示意地描绘按照本发明实施例的光刻设备。所述设备包括用于调整辐射束B(例如UV辐射)的照射系统(施照体)IL和支承结构(例如掩模台)MT，MT配置成保持图案形成装置(例如掩模)MA并连接到第一定位装置PM，PM配置成相对于投射系统PS(例如投射透镜)精确确定图案形成装置的位置。所述设备还包括衬底台(例如晶片台)WT，后者配置成保持衬底(例如涂有光刻胶的晶片)W并连接到第二定位装置PW，PW配置成相对于投射系统PS精确确定衬底的位置。所述设备还包括投射系统(例如折射投射透镜)PS，后者用于将由图案形成装置MA赋予辐射束B的图案成像到衬底W的目标部分C(例如包括一个或多个管芯)上。

如本文所示，所述设备是透射型的(例如采用透射掩模)。或者，所述设备可以是反射型的(例如采用如以下所称的可编程镜面阵列型或反射掩模)。

施照体IL接收来自辐射源SO的辐射束。辐射源和光刻设备可以是单独的实体，例如当辐射源是准分子激光器时。在这些情况下，辐射源并不形成光刻设备的一部分，辐射束借助于射束传送系统BD(包括例如适当的导向镜面和/或射束扩展器)，从辐射源SO传送到施照体IL。在其它情况下，辐射源可以是光刻设备整体的一部分，例如当辐射源是汞灯时。辐射源SO和施照体IL以及射束传送系统(如果需要的话)，可以统称为辐射系统。

施照体IL可以包括调节装置AM，后者配置成调节射束的角强度分布。一般来说，至少在施照体光瞳平面上强度分布的外和/或内径向广延(extent)(通常分别称为σ-外和σ-内)是可以调节的。此外，施照体IL通常包括各种其它的部件，例如积分器IN和聚光器CO。施照体IL提供已调整的辐射束B。

辐射束B入射到固定在支承结构MT上的图案形成装置MA上。辐射束B通过图案形成装置MA后，就通过投射系统PL，投射系统PL将辐射束聚焦到衬底W的目标部分C上。借助于第二定位装置PW和位置传感器IF(例如干涉仪装置)，衬底台WT可以精确移动，例如将不同的目标部分C定位在辐射束B的光路中。同理，第一定位装置PM和另一位置传感器(在图2中未明示)可以用来相对于辐射束B的光路精确确定图案形成装置的位置MA，例如在从掩模库中自动检索掩模之后或在扫描时。一般来说，支承结构MT和衬底台WT的移动可以借助长行程模块(粗定位)和短行程模块(精细定位)来实现，这些模块形成定位装置PM和PW中之一或二者的一部分。但如果是光学分步重复器(和扫描器不同)，支承结构MT可以仅连接到短行程激励器，或可以是固定的。图案形成装置MA和衬底W可以利用图案形成装置对准标记M1、M2和衬底对准标记P1、P2来对准。

所示设备可以在以下的优选方式下使用：

1.光学分步重复方式：支承结构MT以及衬底台WT保持基本上静止，同时将赋予辐射束的整个图案一次投射到目标部分C上(即单次静止曝光)。然后将衬底台WT向X和/或Y方向移动，以便使不同的目标部分C曝光。在光学分步重复方式中，曝光区域的最大尺寸限制着在单次静止曝光中所成像的目标部分C的大小。

2.扫描方式：同步地对支承结构MT以及衬底台WT进行扫描，同时将赋予辐射束的图案投射到目标部分C上(即单次动态曝光)。衬底台WT相对于支承结构MT的速度和方向由投射系统PS的(缩小)放大率和图像反转特性来确定。在扫描方式中，曝光区域的最大尺寸限制着在单次动态曝光中目标部分的宽度(在非扫描方向上)，而扫描移动的长度确定了目标部分的高度(在扫描方向上)。

3.另一种方式：支承结构MT保持基本上静止以固定可编程图案形成装置，移动或扫描衬底台WT，同时将赋予辐射束的图案投射到目标部分C上。在此方式中，通常采用脉冲辐射源，并根据需要，在每次移动衬底台WT之后或在扫描中的连续辐射脉冲之间，更新可编程图案形成装置。这种工作方式可以容易地应用到使用可编程图案形成装置(例如上述类型的可编程镜面阵列)的无掩模光刻技术中。

也可以采用上述使用方式的组合和/或变型或完全不同的使用方式。

历史上，光刻投射装置的分辨率极限是通过控制施照体数值孔径(NA_ill)的相对大小进行优化的。相对于投射系统的数值孔径(NA_ps)来控制NA_ill就可以改动图案形成装置(掩模)平面的空间相干性，通常称为部分相干性σ，其中

           σ＝(NA_ill)/(NA_ps)

这通常是通过Kohler照射系统中的聚光器透镜光瞳的技术条件来实现的。实质上，这为控制衍射信息的光学处理作好准备。传统上利用全环形照射孔径(传统的或∑照射配置)来实现投射成像系统的部分相干性的最佳化。通过利用施照体光瞳大小来控制投射系统中的衍射信息分布，就可获得最大的图像调制。

为了提高分辨率和光刻设备的焦深(DOF)，也可以使用各种增强技术。这些技术包括光学邻近误差(OPE)的光学邻近校正(OPC)、相移掩模(PSM)以及亚-分辨率辅助特征。每种技术可以单独使用或与其它技术结合使用以提高分辨率。

但是，传统的照射配置和传统的增强技术都能力有限，通常不能印刷k₁＝0.4以下的半节距。一般来说，使用全环形照射孔径和相移掩模，用传统照射配置可实现的最佳设定值是k₁＝0.45-0.5。但是这种设定值还不足以用足够的曝光宽容度来正确地成像小接触孔(即小于100nm)。接触孔不仅是最小的结构之一，而且它们还是三维结构，对焦深(DOF)提出的要求更为严格。而且，包括多个接触孔(例如接触阵列)的优质高对比度的图像，由于节距缩小，就特别难于印刷。

这些成像要求在有随机接触孔图案时甚至更具挑战性。接触孔201的随机图案的示意的实例示于图2。由图可见，某些接触孔(例如H1-H4)的最近邻孔的坐标可显著不同，使印刷过程很困难。例如孔H1和最近邻孔H2之间的距离显著大于孔H3和其最近邻孔H4之间的距离。而且，孔H2相对于孔H1的取向显著不同于孔H4相对于孔H3的取向。所述图还示出：一个孔(例如H5)相对于其相邻的各孔可以具有可变的间距和角取向。

在本发明的实施例中建议配置光刻设备的照射条件以印刷小特征的随机图案，例如图2所示的图案。具体地说，在实施例中，建议用具有不同取向的多个非随机图案来模拟小特征的随机图案并分别为每个图案找出其照射条件。这些非随机图案包括相同的但是可以以不同的节距排列的特征。用于这些非随机图案的照射条件可以用来确定用于随机图案的照射条件。由于对衬底平面中电场的计算是个线性过程，所以，通过叠加过程来计算随机图案的电场。在叠加时，所述电场是来自每一个非随机图案的贡献的总和。

图3示出按照本发明的实施例可以用来模拟图2的随机图案的多个非随机图案。这些非随机图案是包含各种节距(节距1-5)的方形网格。实际上，以离散的节距间隔来选择这些方形网格，并且每种节距处于离散的取向角度，这样就对网格节距和角取向的整个范围进行了采样。

图4示出对于不同网格取向的模拟照射配置优化结果。更具体地说，所述图示出数种多极照射配置(5极照射配置)，可以用来在整个节距范围中成功地印刷k₁＝0.4的最小节距接触孔网格。在图4中，每个源形状对应于用来印刷处在图示角取向的90nm接触孔的方形网格阵列400的最佳源形状。这些照射条件对应于5极照射配置，它包括轴上和轴外成分。这些照射条件是用KJA-Tencor研发的PROLITH8.01矢量成像模拟工具为衰减相移掩模计算的。应当指出，随机接触孔照射条件的配置方法可以推广用于任何类型的特征。

一般来说，可以利用不同的模型进行光刻模拟。模拟模型的实例和参数化照射配置的优化方法可以在以下文件中找到，例如：2003年2月11日提交的美国专利申请No.10/361,831，题目为”Method forOptimizing an Illumination Source Using Full Resist Simulationand Process Window Metric”，以及2003年11月20日提交的美国专利申请No.10/716,439，题目为”Lithographic Apparatus and Methodfor Optimizing an Illumination Source Using IsofocalCompensation”。这两份申请的内容已作为参考全文包括在本文内。

在一个实施例中，光刻模拟可以利用空气图像模型来进行，以便确定入射到辐射敏感材料(光刻胶)上的辐射能量分布。空气图像的计算可以利用傅里叶光学的标量(无向量)或矢量形式进行。光刻设备和过程的特征，像数值孔径(NA)或具体图案，可以作为模拟输入参数输入。空气图像的质量可以使用对比或归一化空气图像对数-斜率(NILS)度量(归一化到特征尺寸)来计算。这个数值对应于图像强度(或空气图像)的斜率。

进行空气图像模拟的有关参数可以包括距高斯图像平面的焦面的距离，就是距存在最佳焦平面的平面的距离，由几何射线光学，或准-单色辐射源的中心波长确定。所述参数还可以包括照射系统的空间部分相干性程度的度量、用于曝光衬底的投射系统的数值孔径、光学系统的像差以及代表图案的空间透射功能描述。

在另一实施例中，可以利用光刻胶模型来进行光刻模拟。在一种实施方案中，在计算临界尺寸(或大小)及其随变量(例如剂量/曝光能量和焦点等)的变化时，光刻胶模型可以将光刻胶曝光、光刻胶烘干以及光刻胶显影等考虑在内。同理，在一个实施例中，光刻胶模型可以将非平面拓扑和矢量效应考虑在内。矢量效应是指在使用高数值孔径时电磁波倾斜传播的事实。虽然在计算空气图像时可以将矢量效应考虑在内，但计算低折射率介质中(例如空气中)的矢量效应会大大过高估计衬底上所得到的对比度损失，因为当入射光线在光刻胶中传播时由于光刻胶较高的折射率的缘故入射光线会被矫直。所以，最好有严密的电磁计算的光刻胶模型来精确测定实际的实验响应。

在其它实施例中还可以利用一些附加的模型，像分块(集中)参数模型或变量阈值光刻胶模型。应当指出，之所以选择模拟模型是因为它与实验数据相符。

再参阅图4，当接触孔网格旋转通过全部角度范围时，最佳照射配置自然会随其旋转。为了用单一照射配置成功地印刷接触孔网格，不论其取向如何，可以将图4中所示的这些旋转后的照射配置总加/叠加。这种单一的照射，本文中也称为”牛眼环”照射配置，包括环形轴外照射成分和传统轴上照射成分。用这种照射配置，接触孔的复杂图案可以利用足够的曝光宽容度成像，用于最小半节距为k₁＝0.35或0.35以下的制造。”牛眼环”照射配置同样地对待所有取向，虽然与结合有取向孔阵列的取向多极照射相比，性能通常会受到一些损害。对于随机图案，牛眼环照射配置可以代表最佳成像解决方案，特别是使用衰减相移掩模时。

图5a-b示出两个曲线图，它们代表对于三种不同照射配置随网格旋转角度而变的CD变化半范围/CDU的模拟变化，三种不同照射配置为：5极照射配置、牛眼环照射配置和传统轴上照射配置。在图5a中，5极照射配置包括半径为0.3(相对于全施照体孔径归一化)的传统轴上照射和设置在相对于横轴+/-45°处的四个轴外极。这些轴外极具有0.6的内半径和0.9的外半径。牛眼环照射配置具有0.6内半径和0.9外半径的环形照射以及0.3半径的传统轴上照射。传统轴上照射配置具有0.9的半径。在图5b中，考虑了更宽松的节距，并且给出基本上类似于图5a的照射配置的模拟结果。在图5b中，5极照射的轴外极具有0.52内半径和0.82外半径，而传统照射的半径是0.77。

应当指出，创建这些照射配置可以利用传统的射束成形器完成。例如。美国专利No.6,452,662公开了一种多模发生元件，可以用来产生这些照射配置。所述申请的内容已作为参考全文包括在本文内。在所述专利中公开的多模发生元件包括四个三角形叶片，它们可以插入到照射系统光瞳平面上的射束光路中。这种多模发生元件能够产生连续可变的四重照射配置。在另一实施例中，可以利用金属孔径板滤波器来创建所需的照射配置。

图5a示出利用163.2nm的最小接触孔节距(对应于k₁＝0.38)获得的结果。图5b示出利用193nm的第二接触孔节距(对应于k₁＝0.45)获得的结果。此处所用的CD变化半范围量近似于CD变化3σ(threesigma)值并且代表由若干参数(包括剂量、焦点、掩模误差、透镜像差等)引起的接触孔CD变化。在以下说明中，CD变化半范围将被称为临界尺寸均匀度(CDU)。在图5a-b的实施例中，CDU对应于由剂量、焦点和掩模误差引起的CD变化的平方和。网格在0°-45°范围内旋转，由于对称，这就覆盖了所有可能的角取向。模拟参数包括90nm孔尺寸、0.9数值孔径(NA)，并且在0.15μm焦点、2％剂量和2nm掩模误差的范围内优化量度用来将CD变化减至最小。应当指出，这个范围是现代光刻过程的典型预期变化。

由图5a-b可见，对称照射配置，例如传统和牛眼环照射配置，在所有角度都是”平坦”的。但最好的结果是用牛眼环照射配置得到的。对于这种类型的照射配置，无论节距和网格旋转角度如何，都可以获得低于10nm的CDU。相反，多极照射配置(例如5极照射配置)在小节距时对角度不敏感，但在节距增加时就会非常敏感。

图6a-b示出对两种不同的照射配置利用90nm接触孔的方形网格图案(对应于k₁＝0.4最小半节距)获得的模拟CDU图(网格角度与节距的关系)。这些CDU图是通过重复相同类型的计算以产生在160nm-320nm节距范围内图5a-b的图而获得的。在图6a中，CDU图是对轴外多极照射配置利用二进制掩模(BIM)上的图案来计算的。在图6b中，CDU图是对5极照射配置利用6％衰减相移掩模上的图案来计算的。图6c-d分别示出轴外多极和5极照射配置的截面。轴外多极照射配置具有0.96的外半径(相对于光瞳孔径)、0.76的内半径以及30°的开度角。5极照射配置具有0.23半径中心极，轴外极具有0.76的内半径，1.0的外半径和30°的开度角。模拟参数包括0.9的数值孔径(NA)，并且在0.15μm焦点、2％剂量和2nm掩模CD误差的范围内优化量度用来将CD变化减至最小。

图6a表明能得到所需CDU结果的区域非常小。仅在很窄的节距和旋转角度范围内(160nm-200nm/0°-20°)可以获得低于9nm的CDU值。在这个区域之外，CDU结果对于器件制造都不理想，即高于10％。图6b示出5极照射在整个节距范围都有良好的结果，但仅是对从0°到大约8°的网格角度。

图7a-b示出对两种不同的照射配置(对应于k₁＝0.4最小半节距)、源和优化的偏置，利用90nm接触孔的方形网格图案获得的模拟CDU图(网格角度与节距的关系)。在图7a中，CDU图是对牛眼环照射配置利用6％衰减相移掩模上的图案来计算的。在图7b中，CDU图是对具有0.6半径的传统轴上照射配置利用所述图案来计算的。这些CDU图是通过重复相同类型的计算以产生在160nm-320nm节距范围内图5a-b的图而获得的。图7c-d分别示出牛眼环和传统照射配置的截面。牛眼环照射配置具有0.28半径的传统照射并且具有0.87内半径和1.0外半径的环形照射。传统照射配置具有0.7的半径。在两种情况下，CDU都周类似于图6a-b中所用的光刻模拟参数进行计算。

如在图7a-b中可以看到的，对称照射配置的CDU结果较好，确证了图5a-b的结果。对于牛眼环照射配置，平均CDU为8.9nm，最差的接触孔CDU是11.7nm。对于传统照射配置，平均CDU为12.2nm，最差的接触孔CDU是15.7nm。无论如何，用牛眼环照射配置比用例如传统照射配置可以获得更好的结果，如图7d所示。对于牛眼环照射配置，在节距和网格角度的全部范围内都可获得良好的CDU结果。

可以利用随机接触孔图案对图7a-b所示的照射配置进行测试，以确定是否也能获得类似的CDU结果。表1和表2示出利用图8a所示随机图案的所选接触孔(1-9)进行模拟所得到的CDU(CDU平均和CDU最大)结果。在这些表中，把图7c的牛眼环照射配置和图7d的传统照射配置进行比较。把这些CDU结果与利用所有节距和角度的接触孔网格获得的结果进行比较。

在这两种情况下，随机图案相同。图案包括90nm接触孔和171nm最小节距。利用0.9数字孔径(k₁＝0.4)和6％衰减相移掩模(没有任何辅助特征尺寸)进行计算。施加水平和垂直接触孔偏置，但总体偏置(即在掩模上和目标尺寸上接触孔大小之间的CD差)以及剂量条件都和前述实施例所用相同。应当指出，适当的孔偏置，结合适当的照射，可以使复杂的孔图案以较高的焦深和低的掩模误差增强因数(MEEF)进行印刷，无需在掩模上设置高密度的复杂辅助特征。也是利用在0.15μm焦点、2％剂量和2nm掩模CD误差的范围内将CD变化减至最小的优化量度来进行计算。

表1和表2示出随机接触孔图案和旋转接触孔网格的平均和最大CDU。表1中的结果是利用图7c的照射配置获得的(即，牛眼环照射配置，包括0.28半径的传统照射和0.87内半径和1.0外半径的环形照射)。表2中的结果是利用图7d的照射配置获得的(即，半径为0.7的传统照射配置)。

表1

	CDU平均值(nm)	CDU最大值(nm)
			随机图案	10.3	12.1
所有节距和角度的网格	8.9	11.7

表2

	CDU平均值(nm)	CDU最大值(nm)
			随机图案	13.5	15.3
所有节距和角度的网格	12.2	15.7

表1和表2表明随机接触孔图案的平均和最大CDU值和旋转接触孔网格的平均和最大CDU值基本相似。这些结果表明：利用所有节距和角度的接触孔网格获得的CDU值是随机接触孔图案会获得的CDU值的很好的指示器(虽然它们不一定能预测OPC的容易程度)。这些结果也表明：所有节距和角度的接触孔网格的方法可以用来预测随机接触孔的情况，所述随机接触孔通常是难于模拟的。对表1和表2结果的比较还表明：牛眼环照射配置对随机接触孔图案可以提供较好的CDU结果。在这两种照射配置情况下，印刷在衬底上的结果光刻胶图案的模拟示于图8b-c。

图9a示出对于图9b所示随机孔图案的所选图案孔，随焦深而变的曝光宽容度的模拟变化。计算是对图7c所示的牛眼环照射配置进行的。就孔CD和节距而言，图案特性没有改变。最小节距是171nm，使用6％衰减相移掩模。照射条件和以前所示条件相同，NA为0.9。过程窗口计算假定可允许的CD误差为±10％。给出了对所选接触孔进行水平测量的结果。图9a表明，对于在随机图案中的全部所选点都可以获得大于约0.18μm的焦深和大约7％和8％之间的曝光宽容度。图9c示出掩模的随机布局和接触孔(方形孔)模拟印刷孔图案的叠加，以及利用牛眼环照射配置获得的模拟光刻胶分布。

可以利用浸没式光刻技术进一步改善焦深和曝光宽容度结果。例如，图10a-b分别示出对于图10c中随机图案的所选接触孔(1-9)，用干法曝光(图10a)和液体水浸没曝光(k₁＝0.4)(图10b)，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化。在这两种计算中，数值孔径NA是0.9，使用σ＝0.7的传统照射。对图7d所示的传统照射配置以及每个接触孔的水平和垂直成分进行模拟。图10a和10b的比较表明，浸没过程显著增强了焦深。表3示出用干法和浸没曝光获得的模拟CDU结果。表3所示的CDU结果表明：对于相同的NA，浸没过程改进了光刻过程，有较大的焦深和较低的CD变化。

表3

	CDU平均(nm)	CDU最大(nm)
			干法	13.5	15.3
浸没	8.1	10.4

浸没曝光显然可以将光刻过程推广应用到更低的k₁。

现参阅图11a，图中示出对于图10c的接触孔1-8，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化。接触孔尺寸从90nm减小到75nm，最小节距减小到144nm。随机图案和图10c所示相同。所述随机接触孔图案利用图11b所示的轴外多极照射配置曝光。轴外极具有0.96外半径，0.76内半径和20°开度角。假定利用干涉映象/无铬相位光刻(IML/CPL)掩模以及0.93NA液体水浸没曝光过程来进行计算。干涉映象技术产生优化的二进制掩模，它包含0°和180°相位辅助槽，供轴外照射时使用。这种技术可以用来同时改善曝光宽容度和焦深。如图11a可见，对于图10c的所选接触孔，焦深在从约0.1μm到约0.2μm的范围内，曝光宽容度从约6％到12％。用这个过程获得的掩模误差增强因数(MEEF)在3.2-5.8的范围内，对于这种很难的图案和k₁来说，这已相当低了。MEEF对应于：相对于相应图案特征尺寸的每单位变化，衬底上最终特征尺寸的增量变化(其中将图案尺寸用成像装置的缩小比例定标到衬底尺寸)。接近光刻设备的分辨率极限处，MEEF常常急剧升高。所达到的最小曝光宽容度大约为5.5％，最小焦深大约为0.11μm。模拟结果示出轮廓分明的印刷接触孔。

使用IML/CPL掩模对图12b所示轴外多极照射配置的类似模拟计算结果示于图12a。图12a代表使用0.93NA液体水浸没过程时对于图10c的随机图案中接触孔1-9，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化。利用图12b所示的轴外多极(CQuad型)照射配置照射这些接触孔。所述各轴外极的尺寸和图11b相同，即，这些极具有0.96外半径，0.76内半径和大约20°的开度角。但这些极的定位却不同(X和Y轴)。结果表明比起图11a所示的照射配置，(图12a中)孔的完整性较差，即，有更多的不理想孔形和孔合并。最小曝光宽容度大约为5.5％，最小焦深大约为0.12μm。

图13a示出使用图13b所示的牛眼环照射配置(0.3半径的传统照射和0.8内半径/1.0外半径环形照射)照射随机接触孔图案时随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化。用6％衰减相移掩模和35nm掩模偏置进行计算。表4示出对于用于图13a的随机图案的所选孔，在掩模上测量的接触孔大小和印刷的接触孔大小(在光刻胶中)的比较。表4还示出对于74.9911的CD，剂量对尺寸的比值E1∶1。

表4

掩模尺寸	CD	E1∶1
				74.9911	37.33
104.10	75.02526
			112.47	75.05898
110.10	74.9848
			109.83	75.04356
111.38	74.91046
			109.57	74.84883
110.14	74.94553
			111.82	74.9547

对于图10c的接触孔1-9，给出了0.93NA浸没曝光过程的结果。如在图13a中可以看到的，利用这个过程可以获得大约0.15μm的最小焦深和大约6％的最小曝光宽容度。还有可能获得大约4.5-5.7的MEEF值，这是相当低的。

用12％衰减相移掩模进行了类似于图13a的计算。图14a示出利用图14b的牛眼环照射配置照射相同的随机接触孔图案，随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化。图14b的牛眼环照射配置包括0.35半径的传统照射以及具有0.8内半径和1.0外半径的环形照射。还利用35nm掩模偏置和0.93NA液体水浸没曝光过程进行了计算。表5示出对于用于图14a的随机图案的所选孔，在掩模上测量的接触孔大小和印刷的接触孔大小(在光刻胶中)的比较。表5还示出对于75.01126的CD，剂量对尺寸的比值E1∶1。

表5

掩模尺寸	CD	E1∶1
				75.01126	40.83
104.64	75.27369
			113.40	75.94029
110.47	75.2674
			110.00	74.89674
111.58	75.00452
			109.17	74.83958
109.94	74.9884
			111.09	75.10445

这些结果是针对与以前所示的相同的接触孔给出的。如在图14a中可以看到的，12％衰减相移掩模和牛眼环照射配置的组合可以大大增强焦深。最小曝光宽容度大约为5％，最小焦深大约为0.2μm，MEEF在大约5.7-7.9的范围内。虽然所述过程窗口比对6％Att-PSM(衰减相移掩模)的情况更为有利，但位置密集孔的并合趋势较大，所用OPC会更困难。

图15a示出利用图15b所示的牛眼环照射配置照射与图10c中的相同的随机图案时随焦深而变的模拟的曝光宽容度变化。所述牛眼环照射配置具有0.35半径的传统照射以及0.8内半径和1.0外半径的环形照射。利用18％衰减相移掩模，45nm掩模偏置和0.93NA液体水浸没曝光过程进行计算。表6示出对于用于图15a的随机图案的所选孔，在掩模上测量的接触孔大小和印刷的接触孔大小(在光刻胶中)的比较。这些结果是针对与以前所示的相同的接触孔给出的。表6还示出对于74.97197的CD，剂量对尺寸的比值E1∶1。

表6

掩模尺寸	CD	E1∶1
				74.97197	32.421
112.0607	74.65926
			123.8081	74.84603
120.5877	74.56219
			120.138	75.09647
122.1175	74.99792
			118.521	74.81227
119.9422	74.78689
			120.4255	74.69791

图15a表明，利用这种照射配置可以获得相当高的焦深。最小曝光宽容度大约为5％。最小焦深大约为0.23μm，MEEF在大约5.0-7.2的范围内。位置密集孔的并合趋势较大。虽未示出，但模拟已显示使用衰减高达30％的相移掩模能提供令人满意的结果。而且，环形照射的内半径可以具有归一化的数值，在大约0.6和0.87之间。

图16示出牛眼环照射配置，就聚焦和剂量而言所述牛眼环照射配置提供良好的结果，同时又能提供较好的孔形完整性。使用与图9-13中的相同的随机图案来优化具有0.2半径传统照射和0.9/0.7(外/内)半径环形照射的牛眼环照射配置。利用9％衰减相移掩模、25nm掩模偏置和0.93NA液体水浸没曝光过程来进行优化。表7针对利用图16的照射配置进行曝光时使用的随机图案的所选孔，把在掩模上测量的接触孔大小和印刷的接触孔大小(在光刻胶中)进行了比较。表7还示出对于75.06969的CD，剂量对尺寸的值E1∶1。

表7

掩模尺寸	CD	E1∶1
				75.06969	53.5923
94.9203	75.04066
			101.5474	74.94169
99.27625	75.04936
			98.87174	75.0195
100.8029	74.98233
			101.2076	74.78883
100.7871	74.75171
			101.2134	74.8559

可以得到相当好的孔完整性而且接触孔没有桥接。

上述实施例表明：通过把牛眼环照射配置、相移掩模和适当的掩模偏置适当地组合，就可显著地改进随机图案的光刻过程。可以利用牛眼环照射配置成功地把对应于大约0.35的最小半节距k1因子的特征成像。

应当指出，涉及配置将掩模图案光学转移到衬底上或配置随机图案的照射条件等的不同动作都可以根据机器可读指令执行。这些机器可读指令可以嵌入到例如光刻设备控制单元的数据存储介质中。控制单元可以包括处理器，处理器配置成控制调节装置AM以及改变从照射系统IL发出的射束中的截面强度分布。

在本发明的实施例中，机器可读指令可以嵌入在能和模拟软件结合使用的计算机产品中，例如Ptolith^TM、Solid-C^TM、lithocruiser^TM等等。就是说，计算机产品可以配置成产生照射文件并将其输入到模拟软件中并指示模拟软件利用例如空气模拟或全光刻胶模拟来计算所需图案的图像。计算机产品还配置成输出计算的图像并按一个或多个准则来评估所述图像，以判断图像是否具有能成功地将所需掩模图案印刷到衬底上的适合的光学质量。

虽然在本文中具体参考了光刻设备在IC制造中的使用，但是，显然，上述光刻设备可以有其它应用，例如制造集成光学系统、磁畴存储器的引导和检测图案、液晶显示器(LCD)、薄膜磁头等。本专业的技术人员应理解，在这些不同应用的文本中，使用术语”晶片”或”管芯”可以认为分别和更通用的术语”衬底”或”目标部分”同义。此处所提到的衬底可以在曝光之前或之后，在例如轨道(通常在衬底上加一层光刻胶并显影已曝光的光刻胶的工具)中，或在计量工具和/或检测工具中进行处理加工。在适用的场合，本文公开的内容也可应用于这些和其它衬底处理工具。而且，衬底可以不止一次地进行处理，例如为了形成多层IC，所以此处所用的术语”衬底”也可以指已包含多个已处理层的衬底。

本文中所用的术语”辐射”和”射束”涵盖所有类型的电磁辐射，包括紫外(UV)辐射(例如波长在或大约在365、248、193、157或126nm)和超紫外(EUV)辐射(例如波长在5-20nm范围内)以及粒子射束，例如离子束或电子束。

本文中所用的术语”图案形成装置”应广义地解释为是指能用来将图案赋予辐射束的截面以便在衬底的目标部分创建图案的任何装置。应当指出，赋予辐射束的图案可能并不准确对应于衬底目标部分中的所需图案。一般来说，赋予辐射束的图案将对应于在目标部分中创建的器件(例如集成电路)中的特定功能层。

图案形成装置可以是透射的或是反射的。图案形成装置的实例包括掩模、可编程镜面阵列和可编程LCD面板。掩模在光刻中众所周知，所包括的掩模类型有二进制、交互相移和衰减相移，以及各种混合掩模类型。可编程镜面阵列实例采用小镜面的阵列配置，每个镜面可以单独倾斜，向不同方向反射入射的辐射束；用这种方法把反射的射束图案化。

支承结构保持图案形成装置，其保持方式取决于图案形成装置的取向、，光刻设备的设计以及其它条件，例如图案形成装置是否要保持在真空环境中。所述支承可以使用机械夹持、真空或其它夹持技术(例如在真空条件下的静电夹持)。支承结构可以例如是框架或台面，根据需要可以是固定的或可移动的，它可以确保图案形成装置处于例如相对于投射系统的所需位置。在本文中使用术语”光罩”或”掩模”可以认为与更通用的术语”图案形成装置”同义。

本文中所用的术语”投射系统”应广义解释为包括各种类型的投射系统，包括折射光学系统、反射光学系统、折反射光学系统，只要适用于所用的曝光照射，或适用于其它因素，例如使用浸没液体或使用真空。本文中所用术语”投射透镜”应认为与更通用的术语”投射系统”同义。

照射系统也可以包括各种类型的光学部件，包括折射的、反射的、折反射光学部件，用于引导、成形或控制辐射束，这些部件在以下可统称或单独称为”透镜”。

光刻设备可以是具有两个(双级)或多个衬底台(和/或两个或多个支承结构)的类型。在这种”多级”设备中，附加的台可以并行使用，或准备步骤可在一个或多个台上进行，而一个或多个其它的台用于曝光。

光刻设备还可以是这样的类型，即，衬底表面浸没在折射率较高的液体(例如水)中，以充填投射系统的最终元件和衬底之间的空间。也可以将浸没液体加到光刻设备的其它空间，例如掩模和投射系统的第一元件之间。浸没液体在本专业中是众所周知的，用于增加投射系统的数值孔径。

上述方法可以以软件、硬件或其组合来实现。在一个实施例中，提供一种包括程序代码的计算机程序，当在计算机系统上执行所述代码时，代码就指示计算机系统实现上述任何或所有方法。

虽然以上已对本发明的具体实施例作了说明，但应理解本发明可以不用上述方法实现。上述说明不是旨在限制本发明。

在本说明书和权利要求书中用到术语”随机”的地方，应理解为这是指表征图案特征空间分布的一方面的一个或多个变量，并且是指真随机变量的模拟量。例如，在IC层中，任何两个相邻特征之间的距离矢量可以视为变量，并且所述变量可以产生概率分布(例如关于矢量方向和关于矢量长度)，类似于随机变量。这种分布包含关于所述变量的信息，因此也就包含关于所述图案的信息。本发明不限于概率分布的特定形状和/或概率分布的类型。

Claims (15)

1.一种利用光刻设备将掩模图案转移到衬底上的方法，所述光刻设备包括配置成提供一种或多种照射配置的施照体，所述方法包括：

利用包含轴上和轴外成分的照射配置照射衰减相移掩模的掩模图案，所述照射的轴外成分是在所述施照体光瞳边缘附近延伸的环形照射，以及

将所述照射的掩模图案投射到所述衬底上。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述掩模图案包括掩模图案偏置，以便将所述掩模图案的图像转换成所需尺寸复制到所述衬底上。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述掩模图案偏置处在从大约10nm到70nm的范围内。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述衰减相移掩模的衰减处在从大约6％到30％的范围内。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述环形照射的内半径具有在大约0.6和0.87之间的归一化数值，并且其中所述环形照射的外半径具有在大约0.9和1之间的归一化数值。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述轴上成分包括具有在大约0.1和0.4之间的归一化半径数值的中心极。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述掩模图案是接触孔的随机图案。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述照射配置配置成照射掩模图案中的随机特征图案，所述方法包括：

配置包含多个所述特征的第一网格的照射条件，所述多个特征以第一节距设置在所述第一网格中；

配置包含另外多个所述特征的第二网格的照射条件，所述第二网格相对于所述第一网格旋转；以及

根据所述第一网格的照射条件和所述第二网格的照射条件，确定照射所述随机特征图案的照射配置。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述另外多个特征以第二节距设置在所述第二网格中。

10.如权利要求8所述的方法，其中所述第一和第二网格基本上是方形网格。

11.如权利要求8所述的方法，其中所述随机特征图案的所述照射条件包括限定所述第一网格照射配置的照射区域和限定所述第二网格照射配置的照射区域的组合。

12.一种光刻设备，它包括：

施照体，它配置成调制辐射束并将所述辐射束配置成具有轴上和轴外成分，所述轴外成分在所述施照体的光瞳边缘附近环形对称和延伸；

支承结构，它配置成保持图案形成装置，所述图案形成装置配置成按照所需图案使所述辐射束图案化；

衬底台，它配置成保持衬底；以及

投射系统，它配置成将所述图案化的辐射束投射到所述衬底上。

13.如权利要求12所述的光刻设备，其中所述环形照射的内半径具有大约0.6和0.87之间的归一化数值，并且其中所述环形照射的外半径具有大约0.9和1之间的归一化数值。

14.如权利要求12所述的光刻设备，其中所述轴上成分包括归一化半径在大约0.1和0.4之间的中心极。

15.一种具有机器可执行指令的计算机产品，所述指令可以由机器执行，以便实施用于配置掩模图案中随机特征图案的照射条件的方法，所述方法包括：

配置包含多个所述特征的第一网格的照射条件，所述多个特征以第一节距设置在所述第一网格中；

配置包含另外多个所述特征的第二网格的照射条件，所述第二网格相对于所述第一网格旋转；以及

根据所述第一网格的照射条件和所述第二网格的照射条件，确定所述随机特征图案的照射条件。

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