专利名称：优化偏振照明的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及一种微光刻的方法和程序产品，用于为了将形成在基底表面中的图案的照明轮廓而优化偏振。
背景技术：
光刻装置能够应用在例如集成电路(IC)的制造中。在这种情形下，掩模可以包含相应于IC的单个层的电路图案，并且能够将该图案成像到涂敷有辐照敏感材料(抗蚀剂)的基板(硅晶片)上的目标部分(例如，包含一个或多个管芯)。一般地，单一晶片将包含相邻目标部分的整个网格，该相邻目标部分由投射系统一次一个地连续辐照。在一类光刻投射装置中，通过一次性将整个掩模图案曝光在目标部分上而辐照每个目标部分；这样的装置通常被称为晶片步进器。在另一种通常被成为步进扫描装置的装置中，通过在投射光束下按给定的参考方向(“扫描”方向)渐进地扫描掩模图案来辐照每个目标部分，并同时按与该方向平行或反平行的方向同步扫描基底台。因为一般来说，投射系统具有放大系数M(通常＜1)，因此对基板台扫描的速度V将是对掩模台扫描速度的M倍。如这里描述的关于光刻设备的更多信息可以从例如美国专利US6046792中获得，该文献在这里作为参考引入。
在使用光刻投射装置的制造过程中，掩模图案成像到至少部分由辐照敏感材料层(抗蚀剂)覆盖的基底上。在这种成像步骤之前，可以对基底进行各种处理，如涂底，涂敷抗蚀剂和软烘焙。在曝光后，可以对基底其他处理，如曝光后烘焙(PEB)，显影，硬烘焙以及测量/检查成像特征。以这一系列工艺为基础，对例如IC的器件的单独层进行构图。这种构图层然后可以进行各种处理，如刻蚀，离子注入(掺杂)，金属化，氧化，化学机械抛光等，所有这些都用来完成单独的层。如果需要几个层，则对于每一新层都要重复进行整个过程或者其变化的过程。最终，在基底(晶片)上形成器件阵列。然后采用例如划片或者锯将这些器件彼此分开，据此单个器件可以安装在载体上，与管脚等连接。
为了简化，在下文中投射系统称为“透镜”；然而，该术语应广义的理解为包含各种类型的投射系统，包括例如折射光学系统，反射光学系统，反折射系统。辐照系统还可以包括根据这些设计类型中的任何一个操作的部件，用来指向，整形或者控制辐照投射光束，这种部件在下文还可共同的或单独的称为“透镜”。此外，光刻装置还可以是具有两个或多个基底台(和/或两个或多个掩模台)的类型。在这种“多级”器件中，可以并行使用这些附加台，或者在一个或多个台上进行准备步骤时，可以在一个或多个其他台上进行曝光。例如，在美国专利US5969441中描述的双级光刻装置，这里作为参考引入。
上述提及的光刻掩模包含相应于集成在硅晶片上的电路元件的几何图案。利用CAD(计算机辅助设计)程序生成用来制造这样的掩模的图案，这一过程通常被称为EDA(电子设计自动化)。大多数CAD程序遵循一套预定的设计规则来制造功能性掩模。这些准则由加工和设计限制来设定。例如，设计规则限定了电路器件(例如门，电容器)之间或者互联线之间的间隔容许量，来确保电路器件或线不会以不期望的方式互相影响。这种设计规则通常称为限制为“临界尺寸”(CD)。电路的临界尺寸可以限定为线或孔的最小宽度，或者两线或者两孔之间的最小间隔。因此，CD决定了所设计电路的整体尺寸和密度。
当然，集成电路制造的一个目的就是(通过掩模)如实地在晶片上再现原始的电路设计。另一目的是尽可能多地利用半导体晶片的实际材料。还有一个目的是优化照明并提高晶片上图像的对比度。通过增大整体工艺窗口(例如，不管特征相对于相邻的特征是被隔离或者密集组装的，而始终如一地印制具有规定CD的特征的能力)，可以更容易的实现每一个目的。
为了提高整体印制性能而优化光源照明和掩模图案的方法已经在现有技术中公开。Rosenbluth等人的美国专利6563566中公开了这种方法，在此引入作为参考。具体的，Rosenbluth公开了一种光刻优化系统，其声称施行光源照明和掩模图案的优化来改善给定掩模图案的印制。为了确定光源/掩模图案的最佳组合，Rosenbluth利用的品质函数是在沿图案几何形状边界的多个预选点上的空间图像对数斜率(aerial image log-slope)。优化算法基于一种假设而产生，该假设是光刻图案的印制单独地由集中在成像光瞳内收集的衍射级组决定，而不依赖于它们在光瞳面中的位置。
尽管将在图案中所选择的采样位置处的空间像对数斜率最大化增强了对于通常被称为曝光宽容度(EL)的曝光变化的预算/容差，但是这对增加对于通常被称为焦深(DOF)的焦点变化的预算/容差没有帮助。实际上，已知在焦点对准(in-focus)条件下(即，在零DOF)对EL优化的图案相比较于为适应散焦变化的典型工艺条件而优化的图案，显示了补充性的结果。不均匀线印制的出现是另一个问题；这也就是说，在线中间的点的对比度大于在抗蚀剂中形成的线的端点上点的对比度。因此希望优化照明来以更大的准确性印制特征，从而提高EL。
偏振尽管在大多数照明系统中都存在，但是由于在抗蚀剂上的入射角很浅，因此偏振对于低数值孔径(NA)系统是可忽略不计的。因此，来自于偏振的任何正面或负面的影响都是最小的。如上面所提到的，光刻成像如所期望的一样向着越来越小的特征尺寸发展。获得更小的特征的许多方法中的一个就是增加NA。然而，抗蚀剂上入射角增加，因此增大了由偏振引起的负面影响并且减小了图像对比度。因此需要克服这些问题，尤其是在较高NA系统中。
发明内容
公开的概念包括一种对于将在基底表面上形成的图案来优化照明的方法。该方法包括对于至少两个偏振态，对于照明器上的至少一点确定照明强度。还对于至少两个偏振态，对于照明器上的至少一点确定图像对数斜率(image log slope)。基于这些数值，确定最大图像对数斜率(ILS)，其中ILS对于照明器上的至少一点至少接近于零，并选择与对于照明器上至少一点的最大ILS相对应的最佳偏振态。因此，对于照明器上至少一点而优化偏振的照明。可以对于照明器上多个点中的每一个点重复这个过程。通过组合在照明器上的多个点中的每一个点的最佳偏振态，确定图案的最佳照明。最佳偏振态可以是至少两个偏振态的变量或者组合，或者与至少两个偏振态中的一个相对应。此外，所述至少两个偏振态可以包括至少X和Y偏振态。
上述概念可以由计算机程序产品实现，该计算机程序产品包含可由至少一种机器可读介质可移植的可执行代码，其中由至少一种可编程计算机的代码执行使得至少一种可编程计算机执行一系列步骤，用于对将在基底的表面上形成的图案优化偏振照明。计算机程序产品计算对于至少两个偏振态，对于照明器上至少一点的照明强度，计算对于至少两个偏振态，对于照明器上至少一点的图像对数斜率，确定最大图像对数斜率(ILS)，其中ILS对于照明器上至少一点至少接近于零，并选择与使对于照明器上至少一点的ILS最小化的至少两个偏振态相对应的最佳偏振态。计算机程序产品可以对于照明器上的多个点中的每一点重复上述步骤。
所公开概念的另一方面包括一种为了增加工艺窗口而利用优化偏振照明产生掩模设计的装置。该装置包括提供偏振辐照投射束的辐照系统，接收辐照投射束并将调节过的辐照束投射到一部分掩模的照明器，以及将掩模的相应被辐照部分成像到基底目标部分的投射系统。为了优化多个点中每一点的偏振和强度，在多个点处调节照明器。此外，计算机配置成通过执行以下步骤在多个点中的每一点处优化偏振，这些步骤包括对于至少两个偏振态确定对于照明器上至少一点的照明强度，对于至少两个偏振态确定对于照明器上至少一点的图像对数斜率，确定最大图像对数斜率(ILS)，其中对于照明器上至少一点ILS至少接近于零，选择与对于照明器上至少一点最小化ILS的至少两个偏振态相对应的最佳偏振态，以及对于照明器上的多个点中的每一点重复这些步骤。
结合附图从下面本发明的详细描述中可以很容易了解前述以及其他的本发明的特征、方面及优点。
图1A和B分别示出了示例性的砖墙图案以及用来成像这种图案的照明器。
图1C1-C4示出了相应于图1b的照明器上特定点的空间象。
图2示出了依据本发明的优化偏振照明的示例性流程图。
图3示出了依据本发明的配置用于优化偏振照明的示例性计算机系统。
图4A示出了具有三个分段参考点的示例性半节距砖墙隔离图案微光刻掩模特征。
图4B示出了浸渍系统的晶片表面特征。
图5A1-5A3分别示出了对于施加在掩模上的X偏振的投射光瞳，以及在晶片上所产生的x，y，z偏振态。
图5B1-5B3分别示出了对于施加在掩模上的Y偏振的投射光瞳，以及在晶片上所产生的x，y，z偏振态。
图6示出了对于具有图4B的晶片表面特征的图4A中的砖墙图案的优化非偏振照明。
图7示出了对于具有图4B的晶片表面特征的图4A中的砖墙图案的优化偏振照明。
图8示出了具有图4B中的晶片表面特征的图4A中的砖墙图案的优化TE方位偏振照明。
图9A1和9A2示出了对于两个强度范围，对于X偏振的分段点1的照明光瞳NILS响应图。
图9B1和9B2示出了对于两个强度范围，对于Y偏振的分段点1的照明光瞳NILS响应图。
图10A1和10A2分别示出了对于两个强度范围，对于X偏振的分段点2的照明光瞳NILS响应图。
图10B1和10B2分别示出了对于两个强度范围，对于Y偏振的分段点2的照明光瞳NILS响应图。
图11A1和11A2分别示出了对于两个强度范围，对于X偏振的分段点13的照明光瞳NILS响应图。
图11B1和11B2分别示出了对于两个强度范围，对于Y偏振的分段点3的照明光瞳NILS响应图。
图12(A)-(I)分别显示了对于以0.05为增量从-0.3的焦距到0.1的焦距的优化非偏振照明，具有图4B的晶片表面特征的图4A中的砖墙图案的印制仿真。
图13(A)-(I)分别显示了对于以0.05为增量从-0.3的焦距到0.1的焦距的优化偏振照明，具有图4B的晶片表面特征的图4A中的砖墙图案的印制仿真。
图14(A)-(I)分别显示了对于以0.05为增量从-0.3的焦距到0.1的焦距的优化TE偏振照明，具有图4B的晶片表面特征的图4A中的砖墙图案的印制仿真。
图15A-C分别示出了在图4A所示的三个分段点的图像对数斜率(ILS)图。
图16A示出了具有三个分段参考点的半节距砖墙隔离图案微光刻掩模特征。
图16B示出了干燥系统的晶片表面特征。
图17A1-17A3分别示出了对于施加在掩模上的X偏振的投射光瞳，以及在晶片上所产生的x，y，z偏振态。
图17B1-17B3分别示出了对于施加在掩模上的Y偏振的投射光瞳，以及在晶片上所产生的x，y，z偏振态。
图18示出了对于具有图16B中晶片表面特征的图16A的砖墙图案的优化非偏振照明。
图19示出了对于具有图16B中晶片表面特征的图16A的砖墙图案的优化偏振照明。
图20示出了对于具有图16B中晶片表面特征的图16A的砖墙图案优化TE方位偏振照明。
图21A1和21A2分别示出了对于两个强度范围，对于X偏振分段点1的照明光瞳NILS响应图。
图21B1和21B2分别示出了对于两个强度范围，对于Y偏振分段点1的照明光瞳NILS响应图。
图22A1和22A2分别示出了对于两个强度范围，对于X偏振分段点2的照明光瞳NILS响应图。
图22B1和22B2分别示出了对于两个强度范围，对于Y偏振分段点2的照明光瞳NILS响应图。
图23A1和23A2分别示出了对于两个强度范围，对于X偏振分段点13的照明光瞳NILS响应图。
图23B1和23B2分别示出了对于两个强度范围，对于Y偏振分段点3的照明光瞳NILS响应图。
图24(A)-(I)分别显示了对于以0.05为增量从-0.3的焦距到0.1的焦距的优化非偏振照明，具有图16B的晶片表面特征的图16A的砖墙图案的印制仿真。
图25(A)-(I)分别显示了对于以0.05为增量从-0.3的焦距到0.1的焦距的优化偏振照明，具有图16B中晶片表面特征的图16A的砖墙图案的印制仿真。
图26(A)-(I)分别显示了对于以0.05为增量从-0.3的焦距到0.1的焦距的优化TE偏振照明，具有图16B中的晶片表面特征的图16A中的砖墙图案的印制仿真。
图27A-C分别示出了在图16A中所示三个分段点处的图像对数斜率(ILS)图。
图28示意地描述了适合于采用借助于这里讨论的概念设计的掩模的光刻投射装置。
具体实施例方式
在微光刻中，施加到光致刻蚀剂层的图像的分辨率随着光学系统数值孔径(NA)的增加而提高。具有了更高的分辨率，就可能有更高的工艺窗口。然而，经过空气的衍射限制了这样的系统。已经发现，通过在光学系统的透镜和晶片上的光致抗蚀剂层之间施加水，可以获得更高的NA，这常被称为浸渍光刻。然而，通过增加光学系统的NA，光致抗蚀剂上电场的负面影响也增加。因此，就期望在保持高NA的同时，降低电场的负面影响。降低这些负面电场影响的一种方法就是使照明偏振。已经发现偏振的照明提高了曝光宽容度，同样也能提高干燥系统中的工艺窗口。
有两种偏振类型，每个分量彼此相互正交，在光学上通常称为“S偏振”和“P偏振”。采用S偏振，电场始终与光的传播方向垂直。因为光始终与传播方向垂直，所以当具有S偏振的两束光干涉时，它们具有很好的对比度，这对于本领域普通技术人员来说是公知的。对于P偏振，电场在光传播平面内，并且能引起在一些情况下是优选的破坏性干涉。结果，在较高NA系统中，需要尽可能的优化S&P偏振。
通常偏振可以被称为X&Y偏振。但是，S&P和X&Y偏振之间的关系是众所周知的。P偏振与垂直于掩模特征的方向相对应(对于沿Y方向取向的掩模特征的X方向)。S偏振的方向与平行于掩模特征的方向相对应(对于沿Y方向取向的掩模特征的Y方向)。数学上，P偏振通过p^=x^cosφ+y^sinφ]]>与X和Y偏振相联系，S偏振通过s^=-x^sinφ+y^cosφ]]>与X和Y偏振相联系，其中可以定义φ＝tan-1(B/α)以及坐标α和β。
图1A示出了一个示例性的砖墙隔离微光刻掩模图案，图1B示出了成像这个图案的照明器。图1B中照明器上的点可以通过具有坐标轴αs和βs的笛卡尔坐标网格表示，并且可以分析照明器上的每个点来确定十字线上的空间象或照明强度。图1C-1和C-2分别显示了图1B中照明器上的点2处，X和Y偏振分量的空间象。图1C-3和1C-4分别显示了图1B中照明器上的点4处，X和Y偏振分量的空间象。
图1C-1到C-2分别示出了对于照明器上的点2(αs，0.78；βs，0.46)，掩模上X偏振和掩模上Y偏振的空间象。如在这些空间象中看出的，Y偏振(图1C-2)比X偏振(图1C-1)具有更好的对比度。因此，需要设计一种同时考虑X和Y偏振以便使Y偏振最大化并限制X偏振(图1C-1)的照明器。
此外，参考掩模上的X偏振和掩模上的Y偏振的空间象(分别为图1C-3和1C-4)，对于点4(αs，0.02；βs，0.02)，X偏振(图1C-3)比Y偏振(图1C-4)具有更好的对比度。因此，在照明器上的该点处，期望使X偏振最大化。
结果，通过在照明器的每个单元或点中平衡X偏振和Y偏振，优化了整体的照明，导致优于现有系统的更好的对比度或分辨率。
可以分析照明器上的每个点来确定产生具有最佳对比度的空间象的偏振态。然而，以先前的方式手动地分析对于照明器上的多个点的空间象是相当费时的。发明人为了优化偏振照明设计了更新颖的技术。
图2示出了依据本发明采用的优化照明强度的过程的流程图。首先，在步骤20，选择单元类型(例如，所希望的掩模图案的区域)和分段点(例如，包含在单元中的点)。如图4A和16A所示，对于单元选择示例性的砖墙掩模图案，并选择三个分段点1，2和3。三个点分别相应于线的端(分段点1)，线的中间(分段点2)以及跨接两条线的点(分段点3)。对于给定单元可以选择任意数量的分段点，这通常取决于图案的复杂度。为了说明的目的，选择三个分段点并代表全局的特征类型。当然，采用更多的分段点能够增加这里所描述的优化技术的精确性。
回来参考图2，在步骤21，利用Abbe成像原理，由对于每个偏振态Jx(αs，βs)和Jy(αs，βs)的照明器中每个点(αs，βs)确定晶片平面(图像平面)中每个点(x，y)的强度。生成关于I(αs，βs；x，y)的表达式，其描述了由照明点(αs，βs)处的强度所产生的晶片点(x，y)处的强度转移函数。以给定方式确定强度的方程对于本领域普通技术人员是公知的。强度转移函数I(αs，βs；x，y)如方程3.0所示(在后面讨论)。
在步骤22，对于每个偏振态Jx(αs，βs)和Jy(αs，βs)，且在每个分段点(x，y)处确定归一化图像对数斜率(NILS)或者图像对数斜率(ILS)。在强度确定后，接下来根据方程1.0可以确定图像对数斜率(ILS)。
方程1.0→ILS(x,y)=n^·▿ln[I(x,y)]=n^·n^·[x^∂I(x,y)∂x+y^∂I(x,y)∂y]1I(x,y)]]>作为实际的方式，最好将ILS归一化，如方程2.0所提供的。
方程2.0→NILS(x,y)=wn^·▿ln[I(x,y)]]]>其中w是具有长度单位如CD或λ/NA的归一化因子。
结果，I(αs，βs；x，y)和NILS(αs，βs；x，y)可以被确定。方程3对应于应用到方程1.0和2.0的I(x，y)。
方程3.0→I(x,y)=∫∫dαsdβs{Jx(αs,βs)[Ixx(αs,βs;x,y)+Iyx(αs,βs;x,y)+Izx(αs,βs;x,y)]]]> 其中Ixx表示由物体平面处具有x方向偏振的场所产生的图像平面处x方向中的强度，Iyx表示由物体平面处具有x方向偏振的场所产生的图像平面处y方向中的强度，
Izx表示由物体平面处具有x方向偏振的场所产生的图像平面处z方向中的强度，Ixy表示由物体平面处具有y方向偏振的场所产生的图像平面处x方向中的强度，Iyy表示由物体平面处具有y方向偏振的场所产生的图像平面处y方向中的强度，Izy表示由物体平面处具有y方向偏振的场所产生的图像平面处z方向中的强度。
为了在对于展开方程1.0的下列方程(方程4.0和4.1)中节省空间，(x，y)省略了所有强度I，和所有电场分量E，并且对于所有照明强度Jx和Jy省略了(αs，βs)。
方程4.0→∂I∂x=∫∫dαsdβs[Jx(∂Ixx∂x+∂Iyx∂x+∂Izx∂x)+Jy(∂Ixy∂x+∂Iyy∂x+∂Izy∂x)]]]>方程4.1→∂I∂y=∫∫dαsdβs[Jx(∂Ixx∂y+∂Iyx∂y+∂Izx∂y)+Jy(∂Ixy∂y+∂Iyy∂y+∂Izy∂y)]]]>Ixx＝ExxE*xx或者更一般地对于强度和电场分量，ij表示由于图像平面j处的偏振态导致的物体平面i处的偏振态，并由方程5.0的一般符号给出。
方程5.0→Iij＝EijE*ij方程4.0和4.1可以进一步以下列方式展开。
∂Ixx∂x=∂Exx∂xExx*+Exx∂Exx*∂x]]>∂Eij∂x=j2π(mPx+NAαsλ)Eij]]>∂Ixx∂y=∂Exx∂yExx*+Exx∂Exx*∂y]]>∂Iij∂y=∂Eij∂yEij*+Eij∂Eij*∂y]]>∂Exx∂x=j2π(mPx+NAαsλ)Exx]]>∂Eij∂x=j2π(mPx+NAαsλ)Eij]]>∂Exx*∂x=-j2π(mPx+NAαsλ)Exx*]]>∂Eij*∂x=-j2π(mPx+NAαsλ)Eij*]]>∂Exx∂y=j2π(mPy+NAβsλ)Exx]]>∂Eij∂y=j2π(mPy+NAβsλ)Eij]]>∂Exx*∂y=-j2π(nPy+NAβsλ)Exx*]]>∂Eij*∂y=-j2π(mPy+NAβsλ)Eij*]]>Exx=exp[jx2π(mPx+NAαsλ)]exp[jy2π(nPy+NAβsλ)]F(m,n)Pxx(αs+mλPxNA,βs+nλPyNA)]]>Eij=exp[jx2π(mPx+NAαsλ)]exp[jy2π(nPy+NAβsλ)]F(m,n)Pij(αs+mλPxNA,βs+nλPyNA)]]>Eij*=exp[-jx2π(mPx+NAαsλ)]exp[-jy2π(nPy+NAβsλ)]F*(m,n)Pij*(αs+mλPxNA,βs+nλPyNA)]]>其中Pij是从物体平面(十字线平面)到图像平面(晶片平面)的图像转移函数。在Pij中，j是物体处的偏振态，i是图像处的偏振态。在缩影系统中，只有x和y偏振用在物体平面j，而x、y和z偏振用在图像平面i。转移函数Pij在D.G.Flagello等人的“Theoryof high-NA imaging in homogeneous thin films”，J.Opt.Soc.Am.A Vol.13，No.1，January 1996，page 53中给出，并在下面的方程6.0中再现。
方程6.0→PxxPxyPyxPyyPzxPzy=FsFp00000FsFp00000FzpPxxsPyxsPxxpPyxpPxysPyysPxypPyypPxzpPyzp]]>
在步骤23，选择优化约束，典型的包括照明系统的规格(或限制)，如“蔡司规格(Zeiss Specs)”。这些规格典型的包括制造约束，如例如10％的最小光瞳填充，和例如0.2的最小环宽度。注意可以选择其他优化约束，这完全在本领域普通技术人员的水平之内。基于上面论述的计算和优化约束设定，在步骤24，在每个分段点(x，y)处选择使最小NILS最大化的偏振态和照明点强度。如下面方程7.0提出的，通过结合方程68，确定使最小NILS最大化的偏振态和照明点强度。
方程7.0→max{Jx(αs,βs),Jy(αs,βs)}[min{ILS1(x,y),ILS2(x,y),...,ILSn(x,y)}]]]>该极小化极大问题通过使用来自于参考文献Brayton，R.K等人的“A New Algorithm for Statistical Circuit Design Based onQuasi-Newton Methods and Function Splitting”，IEEE Trans.Circuits and Systems，Vol.CAS-26，pp.784-794，Sept.1979中的顺序二次规划而解决。
NILS与曝光宽容度或者EL直接相关。在每个分段点的最大最小NILS(即，斜率是0或者接近于0的最大点)代表最大曝光宽容度(EL)。换句话说，NILS是图像对比度的度量。在理想环境中，NILS图准确地代表具有垂直边缘(无限大斜率)和水平表面(0斜率)特征的横截面。使最小NILS最大化是最接近理想特征的。因此，在照明器上NILS最大化的每个点，空间象将具有最好的对比度。
在步骤25，合计Jx(αs，βs)和Jy(αs，βs)以确定最佳照明，使得在期望强度的每个分段点(x，y)处的最小NILS最大化，以产生照明图案。
如上所述，分析照明器上的每一点。然而，不必分析照明器上的所有点，这取决于给定图案的对称性。如果给定图案关于两个轴对称，仅需要分析照明器的四分之一。这可以在这里论述的砖墙图案例子中看出。相反地，如果图案关于一个轴对称，仅需要分析照明器的一半。此外，即使给定图案并不关于X和/或Y轴对称，就大部分图案，如果不是全部的话，照明器或多或少是对称的。在大多数情况下，仅需要分析照明器的一半。
在这些步骤之后，通过优化相应于上述分析的每一点的每个像素，可以制造实际的照明器。然而，可以遵循预定标准用于确定依据上述技术优化哪个像素或哪组像素。当然，任何一个本领域普通技术人员能够为了确定哪些像素将要优化而设定预定标准。预定标准可能取决于照明器，扫描仪等的类型和给定图案。
图3示出了适合于如上所述优化照明的计算机系统30。计算机系统包括照明仿真器31，用于对每个偏振态确定照明器上每一点的强度。基于照明和偏振态，图像对数斜率仿真器32生成ILS或者NILS。最大照明点强度仿真器33基于ILS仿真器32的输出使最小ILS或者NILS最大化。提供反馈路径34用于提示对于仿真器上每一点的计算。最后，基于表示照明器每一点的计算，最佳照明仿真器35创建最佳照明器。
利用上述技术，下面的例子对于浸渍系统和干燥系统均优化了偏振照明。
实例1-浸渍系统参考图4A，示出了0.4nm乘以0.2nm部分的微光刻掩模的砖墙隔离图案40。进一步示出了用数字1，2和3表示的三个分段点。如上面提到的，分段点1相应于砖墙图案40的线特征42的端点；分段点2相应于线特征42的中点；分段点3相应于线42和44的连接。
图4B示出了应用了图4A中的砖墙图案40的浸渍系统的晶片表面特征。采用了具有波长λ为193nm和数值孔径NA为1.2的照明系统(如下所述)。
图5A-1到A-3和5B-1到B-3示出了表示投射光瞳到基底的转移的仿真。例如，具有X偏振的掩模上的照明可能影响在晶片上的其他偏振态。这能够由下述方程表示。
该转移函数Pij在D.G.Flagello等人的“Theory of high-NAimaging in homogeneous thin films”，J.Opt.Soc.Am.A Vol.13，No.1，January 1996，page 53中给出。Pij如下所示。
PxxPxyPyxPyyPzxPzy=FsFp00000FsFp00000FzpPxxsPyxsPxxpPyxpPxysPyysPxypPyypPxzpPyzp]]>图5A-1-A-3示出了对于掩模上X偏振的仿真(掩模Ex)，和晶片上的偏振态(分别为晶片Ex，晶片Ey，晶片Ez)。图5B-1-5B-1示出了对于掩模上Y偏振的仿真(掩模Ey)，和晶片上的偏振态(分别为晶片Ex，晶片Ey，晶片Ez)。如所预期的，偏振掩模Ex和晶片Ex(图5A-1)以及偏振掩模Ey和晶片Ey(图5B-2)示出了其中能够获得最佳对比度的状态。也就是，如果照明器能够设计成迫使所有光通过光瞳段50，就能获得最佳对比度。对照图5A-2，5A-3，5B-1和5B-3，晶片上的偏振态和强度是偶发性的，并且会导致降低的对比度。
图6示出了对于优化非偏振态的相应等高线和照明强度。与之对照，图7和8分别示出了对于优化的偏振态和优化的TE偏振态的相应的等高线和照明强度。通过比较这些等高线可以看出，优化的偏振(图7)或者优化的TE偏振(图8)相比较优化的非偏振照明(图6)提供更强的照明。具体的，当与图6的图比较时，图7和8中沿着极点的图的扩张表示了更强的照明。
图7和8进一步示出了由图7中多个偏振向量70和图8中的多个偏振向量80定义的偏振态。如由偏振向量70和80所示的，在照明器上的特定相应点处，仅希望有Y偏振，在其他点处仅希望有X偏振。比较图7和图8，偏振向量70比偏振向量80变化得更突然。这种突然的变化是更希望的，因为这提高了图像对比度。
图9-11分别示出了图4A中的砖墙图案上在点1，2和3的照明光瞳NILS响应图。图9-10中的子图A-1和A-2显示了对于X偏振在这些点的NILS响应图，而子图B-1和B-2显示了对于Y偏振在这些点的NILS响应图。对于每个分段点，X和Y偏振的比较显示了Y偏振具有更好的照明。例如，对图9中的子图A-1和A-2与子图B-1和B-2进行比较，Y偏振的照明强度显示出超过X偏振大约300％的改善。具体的，强度级90远远小于强度级92。因此，对于分段点1，应用Y偏振优于X偏振大大改善了照明强度。
对于分段点2，图10示出了相应的光瞳NILS响应图。通过比较强度表示100和强度表示102也显示出Y偏振具有超过X偏振大约300％的改善。对于分段点3(图11)，通过比较在110的强度级和在112的强度级，X偏振具有超过Y偏振的40％的改善。因此，在分段点3，优选使用X偏振。
图12-14分别示出了对于优化的非偏振照明、优化的偏振照明和优化的TE偏振照明，具有图4B中的晶片表面特征的图4A的砖墙图案印制的仿真。图12-14的子图A-I分别显示了以0.05为增量从-0.3的焦距到0.1的焦距的空间象。每个子图显示了穿过焦距的抗蚀剂和砖墙图案的空间象。比较各个焦距图，-0.1的焦距(图12E，13E和14E)倾向于示出具有最好对比度的砖墙图案。依次地，比较每个图的砖墙图像，图13E和14E示出了比较图12E中的图略好的对比度。因此，优化偏振(图13E)和优化TE偏振(图14E)产生比优化非偏振照明(图12E)更高的对比度。
可选择的，图15A-15C分别示出了对于非偏振照明、偏振照明和TE偏振照明，图4A中的砖墙的分段点1，2和3的穿过焦距的ILS图。如上面所述，通过使最大ILS最小化，可以优化偏振照明。图15A-15C中的图示出了这个独特的特征。具体的，在分段点1(图15A)，偏振照明具有最大ILS，而非偏振照明具有最小ILS。TE偏振照明落在两者之间。这对于分段点2(图15B)和分段点3(图15C)都是相同的。换句话说，最低图像对数斜率对应于非偏振情况，最高图像对数斜率相应于偏振情况。
更高的图像对数斜率导致更高的对比度，这因此提供了增加的曝光宽容度和更好的工艺窗口。因此，依据图1中的流程图确定的，通过优化如上所述的每个分段点处的偏振，可以获得更高的工艺窗口。
实例2-干燥系统如同图4A，图16A示出了0.4nm乘以0.2nm部分的微光刻掩模的半节距砖墙隔离图案160，其具有由数字1，2和3表示的三个分段点。而图16B示出了应用图16A中砖墙图案160的干燥系统的晶片表面特征。在干燥系统中，空气的透射率是1。还采用了具有波长λ为193nm和数值孔径NA为1.2的照明系统(如下所述)。
图17A1-A3和B1-B8与图5中所示相同。因此，不管晶片是浸在水中还是干燥的，投射光瞳保持相同。为了简洁，附图的描述不再重复。
图18示出了对于优化非偏振态相应的等高线图和照明强度。相对比的，图19和20分别示出了对于优化偏振态和优化TE偏振态的相应的等高线图和照明强度。如在浸渍系统中的情况，优化偏振(图19)或者优化TE偏振(图20)比优化非偏振照明(图18)提供了更好的照明。图19和20进一步示出了由图19中的多个偏振向量190和图20中的多个偏振向量200定义的偏振态。如由偏振向量190和200显示出的，在照明器上的特定点，仅希望有Y偏振，在其他点，仅希望有X偏振。如前，偏振向量190比偏振向量200变化得更突然，因此是更希望的，并提供了更好的对比度。
图21-23分别示出了在图16A中砖墙图案上的点1，2和3的照明光瞳NILS响应图。图21-23中的子图A-1和A-2显示了对于X偏振在这些点的NILS响应图，而子图B-1和B-2显示了对于Y偏振在这些点的NILS响应图。对于每个分段点，比较X和Y偏振显示出对于X偏振更强的照明。将图21中的子图A-1和A-2与子图B-1和B-2相比较，对于Y偏振照明强度(图21B-1和B-2)显示出超过X偏振大约50％的改善。具体的，比较强度级212显示出超过强度级级210的50％的改善。因此，对于分段点1，应用Y偏振优于X偏振改善了照明强度。
对于分段点2，图22示出了相应的光瞳NILS响应图。通过比较强度级220和强度级222也显示出Y偏振具有优于X偏振50％的改善。对于分段点3(图11)，X偏振具有优于Y偏振40％的改善。因此，在分段点30，优选使用X偏振。
图24-26分别示出了对于优化的非偏振照明、优化的偏振照明和优化的TE偏振照明，具有图16B中的晶片表面特征的图16A中的砖墙图案印制的仿真。图24-26中的每个子图A-I分别显示了以0.05为增量从-0.3的焦距到0.1的焦距的空间象。每个子图显示了经过焦距的抗蚀剂和砖墙的空间象。比较各个焦距图，-0.1的焦距(图24E，25E和26E)倾向于示出最高对比度的砖墙。依次地，比较每个图的砖墙图像，图25E和26E显示出比图24E略好的对比度。因此，优化偏振(25E)和优化TE偏振(26E)产生了比优化非偏振照明(图24E)更高对比度的图像。
可选择的，图27A-C分别示出了对于非偏振照明、偏振照明和TE偏振照明，对于图16A中砖墙的分段点1，2和3经过焦距的ILS图。如上面所述，通过使最大NILS最小化，可以优化偏振照明。在分段点1(图27A)，TE方位照明具有最大ILS，而非偏振照明具有最小ILS。对于分段点2(图27B)情况相同。然而，至于分段点3(图27C)，优化偏振比非偏振照明提高了ILS大约15％。
总之，更高的图像对数斜率导致更高的对比度，这因此得到更大的曝光宽容度和更好的工艺窗口。因此，依据图2中的流程图确定的，通过优化如上所述的每个分段点处的偏振，可以获得更高的工艺窗口。
图28示意性地描述了适合于采用借助于本发明设计的掩模的光刻投射装置。该装置包括-提供辐照投射光束PB的辐照系统Ex，IL。在这个特定的例子中，辐照系统还包含辐照源LA；-第一对象台(掩模台)MT，具有固定掩模MA(例如，分划板)的掩模支架，并与用于相对于部件PL精确定位掩模的第一定位装置相连；-第二对象台(基底台)WT，具有固定基底W(例如，涂敷抗蚀剂的硅晶片)的基底支架，并与用于相对于部件PL精确定位基底的第二定位装置相连；-投射系统(“透镜”)PL(例如，折射、反射或折反射光学系统)，用于将掩模MA的被辐照部分成像到基底W的目标部分C(例如，包括一个或多个管芯)。
如这里描述的，该装置是透射类型(例如，具有透射掩模)。然而，一般的，它也可以是反射类型，例如(具有反射掩模)。可替换的，该装置可以使用另一种构图装置作为使用掩模的替换；例子包括可编程的镜面阵列或者LCD矩阵。
辐照源LA(例如，汞灯或准分子激光器)产生辐照光束。该光束直接地或者通过在穿过调节装置如光束扩大器后，送入照明系统(照明器)IL。照明器IL可以包括调节装置AM，用于设定光束中强度分布的外部和/或内部辐射程度(通常分别称为σ外和σ内)。此外，它还通常包括各种其他部件，例如积分器IN和聚光器CO。这样，照射到掩模MA上的光束PB在其截面上具有理想的均匀性和强度分布。
关于图28应该注意的是，光源LA可以位于光刻投射装置的壳体内(例如，当光源LA是汞灯时经常是这种情况)，但是它也可以远离光刻投射装置，它产生的辐射光束被引导至装置内(例如，借助于适当的引导镜)；当光源LA是准分子激光器时通常是后一种情况。本发明至少涵盖了这两种情况。
光束PB随后与固定在掩模台MT上的掩模MA相交。经过掩模MA后，光束PB穿过透镜PL，其将光束PB聚焦在基底W的目标部分C上。借助于第二定位装置(和干涉测量装置IF)，可以精确地移动基底台WT，例如，以便使不同目标部分C定位在光束PB的路径上。类似的，例如，在将掩模MA从掩模库中机械抽取出后，或者在扫描期间，第一定位装置可以用来相对于光束PB的路径精确定位掩模MA的位置。通常，借助于长冲程模块(粗定位)和短冲程模块(精细定位)实现对象台MT、WT的移动，这些并没有明确地描述在图28中。然而，就晶片步进器(与步进扫描工具相反)的情况而言，可以将掩模台MT仅连接到短冲驱动器上，或者将其固定。
所述的工具可用于两个不同的模式中-在步进模式中，掩模台MT基本上保持固定的，将整个掩模图像一次(也就是一“闪”)投射到目标部分C。然后基底台WT沿x和/或y方向平移，从而使得不同目标部分C可以被光束PB辐照。
-在扫描模式中，除了不是以一“闪”曝光给定的目标部分C之外，情况基本相同。相反，掩模台MT以速度v在给定方向上(所谓的“扫描方向”，例如y方向)是可移动的，从而引起投射光束PB在掩模图像上扫描；基底台WT以速度V＝Mv在相同或相反方向上同时移动，其中M是透镜PL的放大倍数(典型的，M＝1/4或1/5)。如此，无需损害分辨率，能够曝光比较大的目标部分C。
这里公开的概念可以仿真或在数学上建模为用于成像次波长特征的任何一般成像系统，并且对于能够产生越来越小尺寸波长的新兴成像系统特别有帮助。已经应用的新兴系统包括能够利用ArF激光器产生193nm波长，以及利用氟激光器产生甚至为157nm波长的EUV(极紫外)光刻。此外，通过利用同步加速器或者采用高能电子来撞击物质(固体或等离子体)以便产生这一范围内的光子，EUV光刻能够产生在20-5nm范围内的波长。因为大多数物质在这一范围内是吸收性的，因此可以通过具有多叠层钼和硅的反射镜产生照明。该多叠层镜具有40层的钼和硅对，其中每层的厚度是四分之一波长。利用X射线光刻甚至可以产生更小的波长。典型的，同步加速器用来产生X射线波长。由于大多数物质在X射线波长是吸收性的，因此吸收物质的薄片限定了特征将印制到哪里(正性抗蚀剂)或者不能印制到哪里(负性抗蚀剂)。
尽管为了在基底例如硅晶片上成像可以使用这里公开的概念，但是可理解的是，所公开的概念可以应用于任何类型光刻成像系统，例如，为了在除了硅晶片以外的基底上成像使用的系统。
计算机系统的软件功能性涉及编程，包括可执行代码，可以用来执行上述成像模型。软件代码是可由通用计算机执行的。在操作中，代码和可能相关的数据记录存储在通用计算机平台中。然而，在其他时候，软件可以存储在其他位置并且/或者可以被传送以便加载到适当的通用计算机系统中。因此，上述实施例涉及由至少一种机器可读介质记载的一种或多种代码模块形式的一种或多种软件产品。由计算机系统中的处理器执行这种代码，使平台能够以在所述和示出的实施例中运行的基本方式来实现目录和/或软件下载功能。
这里使用的术语如计算机或者机器“可读介质”指任何参与为处理器提供执行指令的介质。这种介质可以采取多种形式，包括但不限于，非易失性介质，易失性介质，和传输介质。非易失性介质包括例如光盘或磁盘，如上所述，诸如作为服务器平台工作的任何计算机中的任意存储设备。易失性存储器包括动态存储器，如计算机平台的主存储器。物理传输介质包括同轴电缆；铜线和光纤，包括计算机系统内包含总线的线。载波传输介质可以采取如在射频(RF)和红外(IR)数据通信中产生的电或电磁信号的形式，或者声或光波的形式。因此计算机可读介质的通常形式包括，例如软盘，柔性磁盘，硬盘，磁带，任何其他磁介质，CD-ROM，DVD，任何其他光学介质，通常较少使用的介质，例如，穿孔卡片，纸带，任何其他具有孔图案的物理介质，RAM，PROM，和EPROM，FLASH-EPROM，任何其他存储器芯片或盒式磁盘，传输数据或指令的载波，传输如载波的电缆或链路，或者任何其他计算机能够从中读出程序代码和/或数据的介质。许多计算机可读介质的形式可以涉及带有处理器执行的一个或多个指令的一个或多个序列。
尽管详细的描述并图示出了本发明，但是可清楚理解的是图和例子仅是为了说明，并不作为对本发明的限制，本发明的范围仅通过所附加的权利要求中的术语进行限定。
权利要求
1.一种用于优化将在基底表面中形成的图案的照明偏振的方法，包括以下步骤(a)对于至少两种偏振态，确定照明器上至少一个点的照明强度；(b)对于至少两种偏振态，确定照明器上至少一个点的图像对数斜率；(c)确定最大图像对数斜率(ILS)，其中对于照明器上的至少一个点ILS至少接近于零；(d)对于照明器上至少一个点，选择对应于最大ILS的最佳偏振态。
2.根据权利要求1的优化照明偏振的方法，还包括对于照明器上的多个点中的每一个点重复步骤(a)-(d)。
3.根据权利要求1的优化照明偏振的方法，还包括相对于特征的对称性，对于部分照明器上的多个点中的每一个点重复步骤(a)-(d)。
4.根据权利要求1的优化照明偏振的方法，还包括对于照明器一半上的多个点中的每一个点重复步骤(a)-(d)。
5.根据权利要求2的优化照明偏振的方法，还包括对于照明器上的多个点中的每一个点组合最佳偏振态，以便产生图案的最佳照明的步骤。
6.根据权利要求1的优化照明偏振的方法，其中最佳偏振态是至少两种偏振态的变量。
7.根据权利要求1的优化照明偏振的方法，其中最佳偏振态相应于至少两种偏振态中的一个。
8.根据权利要求1的优化照明偏振的方法，其中至少两种偏振态包括至少X和Y偏振态。
9.一种计算机程序产品，包括由至少一种机器可读介质可移植的执行代码，其中由至少一种可编程计算机执行代码导致至少一种可编程计算机执行一系列步骤，用于对将形成在基底表面中的图案优化偏振照明，包括(a)对于至少两种偏振态，计算照明器上至少一个点的照明强度；(b)对于至少两种偏振态，计算照明器上至少一个点的图像对数斜率；(c)确定最大图像对数斜率(ILS)，其中对于照明器上的至少一个点ILS的斜率至少接近于零；(d)对于照明器上至少一个点，选择对于最大ILS的最佳偏振态。
10.根据权利要求9的计算机程序产品，还包括对于照明器上的多个点中的每一个点重复步骤(a)-(d)。
11.根据权利要求9的计算机程序产品，还包括相对于特征的对称性，对于部分照明器上的多个点中的每一个点重复步骤(a)-(d)。
12.根据权利要求9的计算机程序产品，还包括对于照明器一半上的多个点中的每一个点重复步骤(a)-(d)。
13.根据权利要求10的计算机程序产品，还包括对于照明器上的多个点中的每一个点组合最佳偏振态，以便产生图案的最佳照明的步骤。
14.根据权利要求9的计算机程序产品，其中最佳偏振态是至少两种偏振态的变量。
15.根据权利要求9的计算机程序产品，其中最佳偏振态相应于至少两种偏振态中的一个。
16.根据权利要求9的计算机程序产品，其中至少两种偏振态包括至少X和Y偏振态。
17.一种为了提高工艺窗口而利用优化偏振照明生成掩模设计的装置，所述装置包括提供偏振辐照投射光束的辐照系统；接收辐照投射光束、并投射经调节的辐照光束到一部分掩模，以及将掩模的相应受辐照部分成像到基底的目标部分的投射系统，其中，在多个点处调节照明器，以便优化多个点中的每一个点处的偏振和强度。
18.根据权利要求17的装置，还包括计算机系统，配置为通过执行下述步骤而优化多个点中的每一个点的偏振和强度(a)对于至少两种偏振态，确定照明器上至少一个点的照明强度；(b)对于至少两种偏振态，确定照明器上至少一个点的图像对数斜率；(c)确定最大图像对数斜率(ILS)，其中对于照明器上的至少一个点ILS至少接近于零；(d)对于照明器上至少一个点，选择相应于最大ILS的最佳偏振态；(e)对于照明器上的多个点中的每一个点重复步骤(a)-(d)。
全文摘要
公开的概念包括一种对将要形成在基底表面上的图案的照明偏振进行优化的方法。通过如下步骤来优化偏振照明对于至少两种偏振态确定照明器上的至少一点的照明强度，对于至少两种偏振态确定照明器上的至少一点的图像对数斜率，确定最大图像对数斜率(ILS)其中对于照明器上的至少一点ILS接近零，以及选择相应于对于照明器上的至少一点使ILS最小化的至少两个偏振态的最佳偏振态。对于照明器上的多个点可以重复进行这些步骤。
文档编号G03F7/20GK1629731SQ20041009471
公开日2005年6月22日 申请日期2004年11月12日 优先权日2003年12月19日
发明者R·索查, D·弗拉格洛, S·G·汉森 申请人:Asml蒙片工具有限公司