CN111386500A - 鉴定微光刻的掩模的方法 - Google Patents

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Abstract

为了鉴定微光刻的掩模(1)，通过用于预测可通过掩模(1)来制造的晶片结构(14)的模拟，确定掩模(1)的空间像(9)对晶片(8)的影响。

Description

鉴定微光刻的掩模的方法
本专利申请要求德国专利申请DE 10 2017 220 872.4的优先权，其内容通过引用并入本文中。
本发明涉及一种鉴定微光刻的掩模的方法。本发明还涉及一种鉴定微光刻的掩模的***。
在微光刻中，将光掩模的结构成像到晶片上。以这种方式在晶片上可制造的结构首先取决于掩模结构，其次取决于投射曝光设备的成像性质。
为了鉴定光掩模，至关重要的是能够评估掩模结构是否适合于制造预先确定的晶片结构。本发明的目的是改进鉴定微光刻的掩模的方法和***。
这些目的通过本发明的独立权利要求的特征来实现。
本发明的核心在于，为了鉴定微光刻的掩模，将检测掩模的至少一个空间像与用于确定空间像对晶片的效应的模拟组合。
根据本发明已经认识到，由此可以通过借助于所述掩模可制造的晶片结构来鉴定掩模。这导致掩模的鉴定更加可靠。
抗蚀剂模型和/或蚀刻模型用于确定一个或多个空间像中的至少一个对晶片的效果。
抗蚀剂模型用于预测晶片的光致抗蚀剂中的结构，该结构是用掩模的图像对其曝光导致的。
光致抗蚀剂是牺牲层。在晶片制造工艺中的蚀刻步骤之后将光致抗蚀剂移除。它用作蚀刻掩模，以结构化稍后电学使用的晶片的结构。蚀刻工艺通过蚀刻模型进行模拟。
为了鉴定掩模，将可通过所述掩模制造的晶片结构的预测与至少一个预先定义的边界条件进行比较，该边界条件必须由要制造的晶片结构满足。
边界条件例如由要制造的部件(特别是芯片)的电功能引起。作为示例，允许边缘放置误差具有至多不会导致电短路的幅值，或者允许结构尺寸误差具有至多使得满足关于电容的要求的幅值。
借助于根据本发明的方法，可以使用实际相关的变量，特别是晶片结构，用于鉴定掩模。特别是，掩模对晶片的直接效应被鉴定，而不仅仅是个别的误差贡献，该误差贡献通常是彼此不独立的。特别地，因此掩模的更可靠的鉴定是可能的。
根据本发明，特别已经认识到，例如在分别测量对边缘放置误差的不同贡献的情况下，没有任何补偿效果可以被使用。根据本发明的掩模的整体鉴定导致掩模的改进特性，并且特别地导致掩模产量较高。借助于根据本发明的方法，特别是不必分别确定和/或规划对掩模误差的表征的多种贡献。
借助于根据本发明的方法，特别是可以提高掩模制造和/或晶片制造中的产量，或者减少不良件。
根据本发明的一方面，一种表征光刻工艺的模型用于模拟掩模的空间像对晶片的影响。所述模型可以包括多个不同的子模型。它特别可以包括以下整个行为链：从掩模设计到掩模制造、掩模的光学成像、晶片上辐射敏感层(特别是所谓的抗蚀剂层)的曝光和图案化，以及用图案化的抗蚀剂层对晶片的蚀刻，以便制造处理后的晶片。该模型可以特别地再现该行为链的单独步骤或多个步骤、特别是所有步骤。在这种情况下，可以相互独立地校准模型的不同子步骤。
表征光刻工艺的模型还被称为计算式光刻模型。
根据本发明，特别地提供了通过校准的抗蚀剂和蚀刻模型进行计算，将实际测量的空间像转移到晶片。特别通过用于预测处理后的晶片的模拟来确定掩模的效果。在掩模制造中已经可接近的空间像与用于晶片处理的校准的抗蚀剂和蚀刻模型的组合允许在掩模的制造期间尽可能早地鉴定掩模，即在晶片曝光设备中使用掩模之前。
根据本发明的其他方面，确定、特别是捕获不同掩模结构的多个图像，以确定掩模的至少一个空间像。确定、特别是捕获至少10个、特别是至少20个、特别是至少30个、特别是至少50个、特别是至少100个、特别是多达数千个掩模结构。所确定的掩模结构的数量通常小于100 000、特别是小于30 000、特别是小于10 000。
不同的掩模结构可以是在掩模上的不同区域中布置的结构。它们的详细信息也可能不同，例如线宽、线频、线数或线的取向。它们特别可以在与其在晶片上成像有关的参数方面是不同的。
根据本发明的其他方面，至少一个掩模结构的多个空间像被记录在不同的焦平面中。优选地，在各个情况下，所有待确定的掩模结构的多个空间像被记录在不同的焦平面中。由此可以检测曝光设备的聚焦过程波动，特别是表征其效果。
根据本发明的其他方面，采用关于它们的定位的配准数据计算多个空间像。
已经认识到，配准数据的使用可以特别有利于鉴定各个掩模。因此，特别是可以提高准确度。
为了校准抗蚀剂模型，使用电子显微镜测量晶片的光致抗蚀剂中的结构。于是可以优化描述光致抗蚀剂工艺的参数，使得测量的结构(特别是结构宽度)与通过以空间像作为输入的模型来预测的结构的偏差最小化。
在已经通过电子显微镜测量了处理后的晶片上的结构之后，可以对应地校准蚀刻模型。
作为对抗蚀剂模型和蚀刻模型的分别校准的替代例，还可以通过由电子显微镜测量的处理后的晶片上的结构来进行联合校准。掩模结构的空间像数据再次用作模型的输入。
根据本发明的其他方面，借助于晶片上测量的晶片结构来校准抗蚀剂模型和/或蚀刻模型或组合的抗蚀剂蚀刻模型。
该晶片结构特别借助于电子显微镜、特别是扫描电子显微镜来测量。
根据本发明的其他方面，抗蚀剂模型和/或蚀刻模型是表征光刻工艺的模型的一部分，该模型包括彼此分开校准的至少两个子模型。特别是，提供对直到空间像生成的过程及在空间像生成之后发生的过程的单独校准。
特别地，使用照明和成像条件来实现校准，诸如在为晶片的曝光提供的投射曝光设备中实际提供的照明和成像条件。
掩模的(多个)空间像如果不是借助于模型预测而是直接被捕获，则可以有利地用作抗蚀剂模型和/或蚀刻模型或组合的抗蚀剂蚀刻模型的输入。已经发现，这导致很大程度地改进对可通过掩模制造的晶片结构的预测。
根据本发明的其他方面，光学模型用于确定掩模的空间像。
表征掩模设计的数据、通过电子显微镜对掩模结构的测量、表征用于照明掩模的照明设定的参数、以及表征用于将掩模成像到晶片上的投射曝光设备的光学设计的参数中的选择用作所述光学模型的输入。
光学模型还可以借助实际捕获的空间像数据和设计输入进行校准。
通常在光学模型的校准中使用变化的几何体、尺寸和节距的各种测试结构。
特别地，预先定义的照明和/或成像条件用于校准光学模型，该预先定义的照明和/或成像条件至少基本上对应于实际上要用于成像掩模的扫描仪的那些条件。
优选地，在这种情况下，特别是考虑为照明掩模提供的照明设定的特有特性和/或投射曝光设备的特性。
根据本发明的其他方面，配准数据用于校准光学模型。所述配准数据可以通过掩模上的分开测量来确定。
根据本发明的其他方面，为了校准光学模型，使用优化函数将预测误差最小化。在这种情况下，作为示例，所有结构的平方偏差之和可以用作优化函数。
可以借助于光学模型来模拟从掩模到空间像的产生的行为链。
根据本发明的其他方面，以下变量中的选择被预先定义为边界条件：最大边缘放置误差、线宽或接触结构面积的最大允许波动、线宽或边缘放置的不对称性、线粗糙度和工艺窗口尺寸(即在足够大的剂量和焦点波动范围内，满足先前变量的要求)。
特别地，由要制造的部件的电气功能产生的要求用作边界条件。
根据本发明的其他方面，在掩模的鉴定中考虑模拟和/或统计波动中的不确定性。
特别地，关于晶片曝光的整个工艺窗口、特别是关于整个焦点和/或剂量范围的空间像可以被包括在掩模的鉴定中。特别地，有可能在鉴定中考虑抗蚀剂模型和/或蚀刻模型或组合的抗蚀剂蚀刻模型中的不确定性。特别是可以在鉴定中考虑统计效应、特别是波动。
特别地，可以用作鉴定掩模的准则的是，所确定的概率分布的至少特定比例，特别是至少90％、特别是至少95％、特别是至少99％、特别是至少99.9％的掩模满足预先定义的边界条件。
特别地，取决于掩模结构是否至少以例如至少90％、特别是至少95％、特别是至少99％、特别是至少99.9％的预先定义的最小概率导致晶片结构满足至少一个预先定义的边界条件，掩模能够被鉴定为合格。在这种情况下，可以考虑预期的波动以及要使用的照明设定和/或投射曝光设备的光学数据的知识。
鉴定微光刻的掩模的***优选地包括：捕获掩模结构的空间像的装置、测量可借助于掩模制造的晶片结构的装置、以及用于调整从测量的空间像预测晶片结构的模型的参数的计算单元。
因此，该***能够借助于模拟模型来预测晶片结构，在模拟模型中掩模的实际捕获的空间像用作输入。
通过参考附图对示例性实施例的描述，本发明的更多细节和优点将变得显而易见。附图中：
图1示意性地示出了光刻工艺的不同步骤和相关的中间阶段，
图2示意性地示出了鉴定微光刻的掩模的工艺顺序，
图3示出了鉴定微光刻的掩模的替代方法的示意图，以及
图4示出了鉴定微光刻的掩模的工艺流程的大大简化的图示。
下面参考附图描述鉴定微光刻的掩模1的方法的细节。
图1显示了光刻工艺2的不同步骤和中间阶段。
首先，起草掩模1的设计3。设计3包括要成像的多个结构4。
在掩模制造步骤5中，制造掩模1。特别地，在这种情况下制造实际的掩模结构6。掩模结构6旨在于尽可能精确地再现掩模1的设计3的要成像的结构4。在制造微结构化或纳米结构化部件7期间将这些结构成像到晶片8上。微结构化或纳米结构化部件7特别地形成芯片、特别是存储器芯片或处理器(CPU或GPU)。为此使用光刻方法。所述光刻方法借助于投射曝光设备实行。在这种情况下，生成掩模结构6的图像。所述图像可以通过掩模1的空间像9来表征。掩模1(特别是其掩模结构6)与其空间像9之间的关系被称为光学成像10。
掩模1的空间像9导致晶片8上的光敏层11的曝光。光致抗蚀剂特别是用作光敏层11。光敏层11在晶片8上的曝光还被称为光敏层11的图案化，或者简称为抗蚀剂工艺12。
在光敏层11的图案化后进行蚀刻工艺13。在蚀刻工艺13期间，蚀刻晶片8。在这种情况下，形成要制造的晶片结构14。
随后可以移除形成牺牲层的光敏层11。
掩模制造步骤5、光学成像10、抗蚀剂工艺12和蚀刻工艺13形成光刻工艺2的一些部分。
光刻工艺2和/或其单独部分可以由一个或多个模拟模型来描述。特别地，可以借助于计算式光刻模型来整体描述光刻工艺2。
对于实际应用，必须鉴定掩模1，以确定它们是否适合于制造部件7。这被称为鉴定掩模1。
根据本发明，为了鉴定掩模1，确定掩模1的空间像9以及所述空间像在具有光敏层11的晶片8上的效果，特别是直到制造部件7的晶片结构14。为此提供通过各种工艺步骤10、12和13的集成方法。与所谓的整体光刻术一致，下面更详细描述的掩模1的鉴定还被称为整体掩模鉴定。
根据本发明已经认识到，不是掩模本身，而是掩模的图像(特别是其空间像)或其对晶片上的光敏层的影响以及由此得到的晶片结构是实际上与鉴定掩模相关的变量。空间像捕获与晶片结构的模拟的组合导致显著改进微光刻的掩模的鉴定，该晶片结构借助于计算式光刻模型从给定的空间像得到。
掩模1在光刻工艺2中的效应从其空间像9产生。掩模1的空间像9的捕获和测量导致：与掩模结构6本身的测量相比，模拟随后的抗蚀剂工艺12和/或蚀刻工艺13的模型的输入显著地更加准确。
根据一个替代例，还可以借助于光学成像10的模型，根据掩模结构6的特征变量的测量来确定(特别是模拟)空间像9。出于该目的，可以提供空间像生成模拟器。后者可以是计算式光刻平台的一部分。
图2示意性地示出了在鉴定掩模1期间的工艺流程的一个示例。通过图2中的示例来标定工艺发展15和掩模鉴定16。校准的计算式光刻模型17位于工艺流程的中心。所述模型可以包括在制造部件7期间的上述方法步骤的子模型。为了确定掩模1的鉴定的结果18，考虑一个或多个预先定义的边界条件19。特别地，最大允许的边缘放置误差和/或最大允许的线宽变化可以用作边界条件19。
此外，晶片结构14的测量20用作光刻模型17的输入。这特别可以借助于电子显微镜方法来完成。
此外，表征掩模1(特别是掩模结构6)的空间像9的数据用作鉴定掩模1的光刻模型17的输入。特别地，出于该目的实行空间像测量21。
掩模结构6的空间像测量21可以与掩模结构的配准测量组合。这些数据可以被转发至服务器22。服务器22可以将这些数据转发到光刻模型17。
作为其替代例，还可以将空间像测量21的数据以及可选地掩模结构6的配准测量的数据直接转发给光刻模型17，即，用作光刻模型17的输入。
图3中作为示例图示了根据图2的鉴定工艺流程的替代例。根据该替代例，掩模1(特别是掩模结构6)的空间像9的要求轮廓24通过计算机辅助的模拟23根据边界条件19来确定。为了鉴定掩模1，然后进行检查，以确认空间像测量21的结果如果在用配准测量计算之后合适的话则是否满足要求轮廓24。
该方法原则上适合于微光刻的任意掩模1。该方法的优点对于EUV波长的掩模1(也称为EUV掩模)是特别突出的。
图4中以大大简化的方式再次示意性地示出了工艺流程。为了鉴定掩模1，确定了其空间像9。为了确定掩模1的空间像9，优选地直接捕获所述空间像。借助于模拟方法25来确定(特别是预测)空间像9对具有制造部件7的光敏层11的晶片8的效应。模拟方法25包括描述抗蚀剂工艺12和/或蚀刻工艺13或组合的抗蚀剂蚀刻工艺的模型。这些模型可以借助于晶片结构14的测量来校准，如下文更详细地描述的。
下面描述该方法的其他细节。这些细节可以基本上以任何期望的方式相互组合。它们不应被理解为对该方法进行限制。
实际测量的空间像9可以用于校准用于模拟光学成像10的计算机辅助模型。优选地，在与为稍后晶片曝光提供的光刻***中的那些条件相同或非常类似的照明和/或成像条件下测量这样的空间像9。特别地，优选地使用相同的波长、成像的数值孔径、照明设定和主光线角。
描述光学成像10的光学模型特别可以用具体的空间像数据和描述辐射源、照明设定和投射曝光设备的设计参数来校准。具有变化的几何体、尺寸和节距的各种测试结构可以用来校准该描述光学成像10的光学模型。特别地，调整光学模型的参数，使得采用优化函数使预测误差最小化。在这种情况下，作为示例，所有结构的平方偏差之和可以用作优化函数。
对于用于预测空间像9对光敏层11的效应的模拟25，并且特别是对于晶片结构14的制造，可以特别地使用曝光后的光敏层11中的结构的电子显微镜图像，以及相应的晶片结构14的电子显微镜图像。晶片8上的光敏层11中的结构可以通过电子显微镜来测量，特别是测量它们的尺寸(“临界尺寸”，CD)。然后可以优化描述抗蚀剂工艺12的参数，使得测量的结构与借助以测量的空间像9作为输入的模型预测的结构的偏差最小化。因此校准了抗蚀剂模型。
相应地，可以通过电子显微镜来测量晶片结构14。通过优化用于模拟蚀刻工艺13的蚀刻模型的参数，使得处理后的晶片8上的晶片结构14的结构尺寸尽可能地从光敏层11中的结构尺寸得到，校准了蚀刻模型。
代替抗蚀剂模型和蚀刻模型的单独校准，可以借助于由电子显微镜测量的晶片结构14来实行抗蚀剂蚀刻模型的联合校准。空间像数据再次用作输入。
通过将掩模1的实际测量的空间像9用作抗蚀剂和蚀刻模型的输入，可以显著改进可借助于掩模1制造的晶片结构14的预测。
特别是多个不同的掩模结构6的多个空间像9可以被记录，用于鉴定掩模1。特别地，设置记录不同掩模结构6的至少10个、特别是至少20个、特别是至少30个、特别是至少50个、特别是至少100个空间像9。甚至可以记录不同掩模结构6的几千个空间像9。优选且通常在掩模鉴定中，掩模的鉴定通过测量限定结构的合适选择来进行，所述限定结构的数量可以对应于空间像。替代地，还可以记录整个掩模的图像，例如通过组合许多单独的图像或通过与掩模移动(“扫描”)(例如“TDI”时间延迟积分)同步的方式读取图像传感器。
记录、特别是测量空间像9，特别是采用诸如在为将掩模1成像到晶片8上提供的投射曝光设备中提供的照明和成像条件。特别是，所谓的空间像度量***(AIMS)可以用于测量空间像。详细内容请参考DE 10 2010 029 049 A1和DE 10 2013 212 613 A1。
对于可借助于掩模1制造的晶片结构14，实际捕获掩模1的空间像9导致很大程度的改进，特别是在预测的可靠性方面的改进。原则上，借助于上述用于模拟光学成像10的光学模型，空间像9还可以从掩模结构6的测量来确定，该测量通过电子显微镜来实行。
然而，实际上捕获空间像9会捕获与掩模1的效应有关的所有效应，特别是例如掩模的表面粗糙度、所谓的掩模误差增强因子(MEEF)、边缘的三维结构、以及掩模1的材料的光学相关参数。
可以在模拟光学成像10的模型中考虑对应的参数。然而，因此关于预测的值的不确定性提高，因为模拟通常使用近似值，并且这些参数仅以有限的准确度已知。通过实际捕获空间像9，可以消除这种不确定性。这导致掩模制造工艺中良率提高。
此外，可以测量晶片曝光的工艺窗口。出于该目的，可以在与晶片曝光有关的聚焦范围内进行测量。附加地或替代地，可以测量掩模1的曝光中的剂量波动的效应。
为了鉴定掩模1，将可借助于空间像9制造的预测的晶片结构14与所述晶片结构的要求进行比较。晶片结构14的要求产生于要制造的部件7的电气功能。作为示例，边缘放置误差一定不能达到使得可能发生短路的幅值。如果这可以被排除，则认为掩模1被鉴定为合格。
模拟过程的不确定性(特别是抗蚀剂工艺12和/或蚀刻工艺13的描述中的不确定性)以及统计效应，可以通过计算包括在掩模1的鉴定中。可以用作掩模1的合格鉴定的准则特别是对应确定的概率分布的特定比例满足预定义的要求。详细内容应该参考上述描述。

Claims (15)

1.一种鉴定微光刻的掩模(1)的方法，包括以下步骤：
1.1.提供具有要成像到晶片(8)上的掩模结构(6)的掩模(1)，
1.2.预先定义要在晶片(8)上制造的晶片结构(14)必须满足的至少一个边界条件，
1.3.确定所述掩模(1)的至少一个空间像(9)，
1.4.通过用于预测通过所述掩模(1)可制造的所述晶片结构(14)的模拟，确定所述一个或多个空间像(9)中的至少一个对所述晶片(8)的效应，
1.5.其中抗蚀剂模型和/或蚀刻模型用来确定所述一个或多个空间像(9)中的至少一个对所述晶片(8)的效应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，记录不同掩模结构(6)的多个图像，以确定所述掩模(1)的至少一个空间像(9)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在不同的焦平面中记录至少一个掩模结构(6)的多个空间像(9)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，采用关于多个空间像的定位的配准数据来计算多个空间像(9)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，借助于在晶片(8)上测量的晶片结构(14)来校准所述抗蚀剂模型和/或所述蚀刻模型。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，为了校准所述抗蚀剂模型和/或所述蚀刻模型，采用电子显微镜测量所述晶片上的结构。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述抗蚀剂模型和/或所述蚀刻模型是表征所述光刻工艺(2)的模型的一部分，所述模型包括彼此分开校准的至少两个子模型。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，光学模型用来确定所述掩模(1)的至少一个空间像(9)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述光学模型借助于空间像数据来校准。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的方法，其特征在于，预先定义的照明和/或成像条件用于校准所述光学模型，所述预先定义的照明和/或成像条件至少基本上对应于实际上要用于成像所述掩模(1)的扫描仪的那些条件。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，配准数据用于校准所述光学模型。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，为了校准所述光学模型，采用优化函数来最小化预测误差。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，以下变量中的选择被预先定义为边界条件：最大允许的边缘放置误差，所述线宽的最大允许的波动或偏差，结构面积的最大波动或偏差，线宽的最大允许的不对称性，最大允许的线粗糙度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述掩模(1)的鉴定中考虑统计波动和/或所述模拟中的不确定性。
15.一种鉴定微光刻的掩模(1)的***，包括
15.1.捕获微光刻的掩模(1)的掩模结构(6)的空间像(9)的装置，
15.2.测量借助于所述掩模(1)可制造的晶片结构(14)的装置，
15.3.从测量的空间像(9)预测晶片结构(14)的计算单元。
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