CN103293871A - 无方向性抖动方法 - Google Patents

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Abstract

描述了一种光刻工艺中的数据准备的方法。该方法包括在图形数据库系统GDS网格中提供集成电路(IC)布局设计，将IC布局设计GDS网格转换成第一曝光网格，对第一曝光网格应用无方向性抖动技术，在对第一曝光网格应用抖动的同时，对第一曝光网格应用网格移位，以生成网格移位曝光网格，并且对网格移位曝光网格应用抖动，并且将第一曝光网格(在接受抖动之后)与网格移位曝光网格(在接受抖动之后)相加，以生成第二曝光网格。本发明还提供了一种无方向性抖动方法。

Description

无方向性抖动方法
技术领域
本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种无方向性抖动方法。
背景技术
半导体工业经历了指数增长。光刻清晰度持续提高以支持90纳米到65nm、45nm、32nm、22nm、16nm以及更多的临界尺寸(CD)。已经开发了光刻的新技术，诸如浸没式光刻、多重图案化、超紫外线光刻以及电子束光刻。新光刻技术产生的挑战不仅在于清晰度上还在于经济上(诸如，更新的成本和吞吐量的损失)。很多开发都集中在改进清晰度，同时减小工艺吞吐量的损失。然而，当前方法不在所有方面都满足。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用在光刻工艺中的方法，包括：在图形数据库系统(GDS)网格中提供集成电路(IC)布局设计；将所述IC布局设计GDS网格转换成第一曝光网格；对所述第一曝光网格应用无方向性抖动技术；在对所述第一曝光网格应用抖动的同时，对所述第一曝光网格应用网格移位，以生成网格移位曝光网格；对所述网格移位曝光网格应用无方向性抖动；以及将所述第一曝光网格(在接受抖动之后)与所述网格移位曝光网格(在接受抖动之后)相加，以生成第二曝光网格。
在该方法中，所述第一曝光网格由像素的二维阵列形成，并且其中，所述像素尺寸被选择为大于所述IC布局设计网格的像素尺寸。
在该方法中，所述无方向性抖动包括沿着第一方向抖动。
在该方法中，所述无方向性抖动包括沿着第二方向抖动。
在该方法中，对第一曝光网格应用多个无方向性抖动。
在该方法中，对所述第一曝光网格应用Floyd-Steinberg抖动。
在该方法中，对所述第一曝光网格应用多个网格移位。
在该方法中，所述网格移位包括沿着第一方向移位。
在该方法中，所述网格移位包括沿着第二方向移位。
在该方法中，所述网格移位包括沿着两个方向移位。
在该方法中，所述网格移位的方向独立于抖动的方向。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于提供修改后的曝光网格的方法，包括：在图形数据库系统(GDS)网格中提供集成电路(IC)布局设计；将所述IC布局设计GDS网格转换成第一曝光网格，并且使用针对灰度级的k位；抖动所述第一曝光网格，并且使用针对灰度级的少于k位；在抖动所述第一曝光网格的同时，对所述第一曝光网格应用网格移位，以生成网格移位曝光网格，并且使用针对灰度级的少于k位，并且对所述网格移位曝光网格应用抖动；以及将所述第一曝光网格(在接受抖动之后)与所述网格移位曝光网格(在接受抖动之后)相加，以生成修改后的曝光网格。
在该方法中，所述第一曝光网格(在接受抖动之后)使用针对灰度级的k-1位。
在该方法中，所述第一曝光网格的像素尺寸(在接受抖动之后)不大于所述第一曝光网格。
在该方法中，所述网格移位曝光网格(在接受抖动之后)使用针对灰度级的k-1位。
在该方法中，所述网格移位曝光网格(在接受抖动之后)的像素尺寸小于所述第一曝光网格。
在该方法中，所述修改后的曝光网格的像素尺寸小于所述第一曝光网格。
在该方法中，进一步包括：对所述第一曝光网格执行多个无方向性抖动。
在该方法中，进一步包括：对所述第一曝光网格执行多个网格移位。
根据本发明的又一方面，提供了一种提供在光刻工艺中使用的网格的方法，包括：在图形数据库系统(GDS)网格中提供具有像素坐标系的二维阵列中的多个多边形的集成电路(IC)布局设计；对所述IC布局设计GDS网格应用邻近校正处理；将所述IC布局设计GDS网格转换成具有像素坐标系统的二维阵列的多个多边形的第一曝光网格，使用大于所述IC布局设计GDS网格的像素尺寸，并且使用对于灰度级的k位；对所述第一曝光网格应用抖动，其中，所述第一曝光网格(在接受抖动之后)使用针对灰度级的少于k位；在对所述第一曝光网格应用抖动的同时，对所述第一曝光网格应用网格移位，其中，所述网格移位曝光网格使用针对灰度级的少于k位，并且对所述网格移位曝光网格应用抖动；以及将所述第一曝光网格(在接受抖动之后)与所述网格移位曝光网格(在接受抖动之后)相加，以生成第二曝光网格，其中，所述第二曝光网格包含与所述第一曝光网格相同或更少的数据量。
附图说明
当读取附图时，本发明将从以下详细说明最好地理解。需要强调的是，根据工业中的标准实践，多种部件不按比例绘制并且仅用于说明目的。事实上，为了论述清楚起见，多种部件可以任意增加或减小。
图1是在根据本发明的多个方面构建的阶段的光刻工艺中的数据准备的典型方法的流程图。
图2是在根据本发明的多个方面构建的阶段的光刻工艺中的数据准备的方法的典型实施例的IC布局设计GDS网格的简化示意图。
图3是在根据本发明的多个方面构建的阶段的光刻工艺中的数据准备的方法的典型实施例的第一曝光网格的简化示意图。
图4是在根据本发明的多个方面构建的阶段的光刻工艺中的数据准备的方法的典型实施例的生成第二曝光网格的简化示意图。
图5是在根据本发明的多个方面构建的阶段的光刻工艺中的数据准备的方法的典型实施例的灰度级光谱的简化示意图。
具体实施方式
可以理解，以下公开的内容提供用于实现本发明的不同特征的多个不同实施例或实例。以下描述组件和布置的特定实例，以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。此外，在以下说明中，第一工艺在第二工艺之前执行可以包括第二工艺在第一工艺之后被立刻执行的实施例，并且也可以包括附加工艺可以在第一和第二工艺之间被执行的实施例。为了简单和清楚起见，多种部件可以按不同比例任意绘制。而且，在以下说明中，第一部件之上或上方形成可以包括第一和第二部件直接接触形成的实施例，并且还可以包括附加部件在第一和第二部件之间形成，使得第一和第二部件可以不直接接触的实施例。
根据本发明的实施例，光刻工艺中的数据准备的方法100被示出为图1中的流程图。方法100包括框102-110，每个框都在以下更详细地论述并且参考本发明的多个附加图中的实例。
参考图1和图2，方法100开始于步骤102，在该步骤中，在图形数据库系统(GDS)网格200中提供集成电路(IC)布局设计。IC布局设计可以包含多个半导体部件。IC布局设计可以生成为计算机文件，例如，为GDS类型文件或开放式设计图系统交换标准(OASIS)类型文件。GDS或OASIS文件是用于IC布局设计图的数据交换的数据库文件。例如，这些文件可以具有用于表示平面几何图形、文本标记的二进制文件格式，也可以具有用于IC布局的其他布局信息。GDS或OASIS文件每个都可以包含多个层。GDS或OASIS文件可以用于重建IC布局设计图，并且同样可以在各个制造工具之间传送或共享。
邻近校正工艺也可以应用于GDS网格200。邻近校正工艺是一种光刻增强技术，可以用于补偿由于工艺故障导致的图象错误。例如，在执行无掩模光刻工艺期间的电子散射可能不利地影响邻近正被电子束曝光的衬底的区域。因此，这些邻近区域可能无意中被曝光，从而导致期望曝光图案的变化。为了补偿这些图象错误，在无掩模光刻工艺中可以采用邻近校正工艺技术，诸如剂量修改、形状修改、或背景校正曝光。GDS网格200中的邻近校正工艺的执行使所制造的半导体部件图案更准确地类似于期望图案。
为了提供实例，在图2中示出简化的IC布局设计GDS网格200。IC布局设计GDS网格200包括多个电路部分210-230，由多个多边形表示。在所示的实施例中，电路部分210-230可以包括不同逻辑部分和可变尺寸。尺寸可以指电路部分210-230的物理尺寸或包含在每个部分中的数据量。IC布局设计GDS网格200包括像素的二维阵列。像素在坐标系统中通常用点或正方形表示。每个像素都具有曝光光强值(由数字号码表示)和位置地址(对应于其坐标)。
继续图2，GDS网格200的像素尺寸通常被选择为使得布局设计图案(诸如，多边形)的边界与IC布局设计GDS网格中的像素边界完全对准，如图2所示。IC布局设计GDS网格200中的像素被划分为两种类型：IC布局设计的多边形的内部或外部。对于内部像素(或外部像素)，光刻曝光剂量被设置在最大光强(或在最小光强)，其分别被称为黑色或白色。
方法100继续到步骤104，在该步骤中，将IC布局设计GDS网格200转换成第一曝光网格300(机器专用形式)，如图3所示。为了通过光刻机器实现IC布局设计GDS 200，执行数据准备处理以形成机器专用数据格式。数据准备工艺开始于将IC布局设计GDS网格200转换成机器专用曝光网格(被称为第一曝光网格300)。第一曝光网格300可以包括坐标系统中的像素的二维阵列。光刻曝光工艺一个像素接一个像素(或者多个像素接多个像素)地在将被图案化的衬底的整个表面上扫描。第一曝光网格300的像素尺寸300不仅影响数据准备工艺中的计算数据量，而且影响下游或随后处理的吞吐量。
第一曝光网格300的像素尺寸被选择为通常大于用于获得工艺吞吐量的IC布局设计GDS 200的像素尺寸。例如，IC布局设计GDS 200中的像素尺寸是0.1nm，而第一曝光网格300中的像素尺寸是3nm(大了30倍)。当第一曝光网格300的像素尺寸大于IC布局设计GDS网格200时，(IC布局设计的)多边形的边界可能与第一曝光网格300中的一些位置中的像素边界不匹配，诸如，在310A，310B，320A以及320B中，如图3所示。这些不匹配在第一曝光网格300中生成部分填充的像素，被称为为像素尺寸截断(pixel size truncation)。较大的像素尺寸可以使得下游或随后工艺中要求的计算量较少，但是引入的图象错误更多。
方法100并行地进行至步骤106和步骤108a。步骤106中，对第一曝光网格300应用无方向性抖动(non-directional dithering，non-directional在本文中为“去除方向性，没有方向性”之意)，如图4所示。在接受抖动之后，第一曝光网格300被称为第一曝光网格300a。抖动是计算机图形技术。它可以成功地使数字系统更类似模拟系统。抖动能够增加填充清晰度而不减小像素尺寸。
例如，抖动运算法从左到右、从顶部到底部扫描像素网格，一个接一个地量化像素值。曝光光强等级(被称为灰度级)的数据被分配给每个像素。在抖动运算中，像素的灰度级(被称为源像素)与预定灰度级相比较，诸如，离散灰阶。当源像素完全在多边形(IC布局设计部件)内部(或外部)时，源像素的灰度级被设置为预定灰阶中的最大(或最小)灰度级。
当源像素在多边形边缘上时(因此既不完全在多边形内部也不完全在外部)，源像素的灰度级被设置为预定灰阶中的最近灰度级，并且现在像素被称为输出像素。在输出像素之后，抖动运算计算源像素与输出像素(简单减法)之间的差值，然后其将该差值(被称为“误差”)传遍邻近像素。通过抖动，每次量化误差都被传输到邻近像素，已经被量化的像素不受影响。作为实例，在Floyd-Steinberg抖动中，紧接着正在被量化的像素右边的像素获得7/16的误差(因为权重增加到16，所以除数是16)，紧接在正在被量化的像素下面像素获得5/16的误差，并且正在被量化的像素的对角邻近像素获得3/16和1/16。抖动导致更多像素被向下舍入，并且更可能下一个像素被向上舍入。通常，量化误差接近零。
本发明的另一个更广泛形式涉及将多个抖动应用至第一曝光网格300。在进一步实施例中，抖动是无方向性抖动，其可以沿着第一曝光网格300的右方向抖动，也可以沿着第一曝光网格300的左方向抖动。在多个抖动中，抖动可以沿着某一方向开始，右方向或左方向。
方法100进行至并行步骤108a，在该步骤中，将第一曝光网格300转换为网格移位曝光网格410，如图4所示。对于第一曝光网格300的二维(诸如，X和Y)坐标系统，网格移位可以包括沿着第一方向、或沿着第二方向、或沿着第一和第二方向转换坐标系统。作为实例，第一曝光网格300的坐标系统在第一和第二方向上转换1/2像素尺寸，并且其被称为1/2网格移位。网格移位曝光网格410具有与第一曝光网格300相同的像素尺寸，其为p nm。
算法100进行至步骤108b，在该步骤中，将抖动应用至网格移位曝光网格410，如图4中所示。在接受抖动之后，网格移位曝光网格410被称为网格移位曝光网格410a。抖动算法可以包括多个抖动并且每次抖动的方向(沿着右方向或左方向)是相互独立的。
在抖动处理期间，光刻曝光光强被量化，参考图5，从连续灰度级光谱到离散灰阶500B。离散灰阶500B的最大曝光剂量通常被设置为与用于黑色像素的剂量相同，并且离散灰阶500B的最小曝光剂量通常被设置为与用于白色像素的剂量相同，或者反之亦然。当从灰度级光谱转换成离散灰度级时，产生灰度级误差。例如，在灰度级光谱500A中，在灰度级510A和灰度级510B之间的所有不同灰度级被转换成离散灰阶500B中的一个灰度级510C。换句话说，一个灰度级510C代表灰度级510A和510B之间的所有不同灰度级。由灰度级的量化引入的误差被称为灰度级截断。
传送到每个像素的曝光剂量光强(灰度级)通过存储在第一曝光网格300和网格移位曝光网格410a中的数据位的量化状态进行控制。例如，如果使用6位，则在离散灰阶500B中建立总计64个灰度级，从灰度级0(白色)到灰度级63(黑色)。离散灰阶500B的等级被划分得越多，越接近光谱500A，灰度级越准确，使用更多位，并且在数据准备中、下游或随后工艺中将被存储和计算的数据量越大。
像素尺寸截断和灰度级截断可能导致在临界尺寸(CD)控制和CD均匀性(CDU)方面的错误。解决像素尺寸截断和灰度级截断的传统方法是减小像素尺寸和使用用于灰阶的更多数据位，在数据准备中花费较大数据量和更长周期。
在此引入标准化数据量(NDV)以在不同数据准备算法中估计和比较数据量。NDV被限定为每单位面积像素的数据量。NDV可以通过以下方式计算：
NDV＝GreyLevel(bit)/(Pixel Size)2(nm2)
例如，如果用于灰度级的位数是k，则GreyLevel(bit)是GreyLevel(k)。在该情况下，每个像素的曝光光强(被称为灰度级)都通过使用k-位-数字编码。NDV通过每单位面积允许的灰度级的密度表示标准化数据量。作为实例，当第一曝光网格300的像素尺寸是p nm并且灰度级使用k位时(其允许2至第位数(bit)个位上的权重的灰度级(pixel grey levels of2to(bit)thg power))，NDV等于GreyLevel(k)/p2
在所述实施例中，第一曝光网格300a的灰度级可以被选择为小于第一曝光网格300。例如，如果第一曝光网格300的灰度级使用k位(其允许2至第位数(bit)个位上的权重的灰度级)，则第一曝光网格300a的灰度级使用(k-1)[其允许2至第位数(bit)个位上的权重的灰度级的一半]。第一曝光网格300a的NDV等于第一曝光网格300的NDV的一半，在实例中，其为GreyLevel(k)/p2，同时网格移位曝光网格410a具有p nm的像素尺寸并且其使用(k-1)位用于灰度级，网格移位曝光网格410a的NDV还等于第一曝光网格300的NDV的一半。
方法100进行至步骤110，将第一曝光网格300a与网格移位曝光网格410a相加，以形成第二曝光网格450，如图4中所示。第二曝光网格450的像素尺寸保持与曝光网格300相同，其为p nm。当第二曝光网格450的灰度级使用(k-1)位(其与第一曝光网格300a和网格移位曝光网格410a相同)时，第二曝光网格450的NDV是第一曝光网格300a的NDV和网格移位曝光网格410a的NDV的总和，如以下所示：
NDV450＝1/2[GreyLevel(k)/p2]+1/2[GreyLevel(k)/p2]＝NDV300
其中，NDV450是第二曝光网格450的NDV并且k是用于灰度级的位的量，NDV300是第一曝光网格300的NDV。
示出第二曝光网格450的数据量(由NDV表示)与第一曝光网格300相同。已证明的是，通过完全相同的数据量，第二曝光网格450实现比第一曝光网格300更低的CD误差，更好的CD均匀性以及更低的质心误差。
基于以上论述，可以看出，本发明提供一种新数据准备算法以改进CD控制、CD均匀性，并且减少质心误差，而不增加像素尺寸和灰度级位数。新数据准备算法结合多网格(MG)和多抖动(MD)技术以实现较小像素截断误差和灰度级截断误差，而不增加数据量。
以上概述了多个实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的多个方面。本领域技术人员将认识到，它们可以容易地使用本发明作为用于设计或者修改用于实现与在此介绍的实施例相同的目的和/或实现与其相同的优点的其他工艺和结构的基础。本领域技术人员还将认识到，这样等效结构不脱离本发明的精神和范围，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，它们可以在此可以做多种改变，替换以及更改。

Claims (10)

1.一种用在光刻工艺中的方法，包括：
在图形数据库系统(GDS)网格中提供集成电路(IC)布局设计；
将所述IC布局设计GDS网格转换成第一曝光网格；
对所述第一曝光网格应用无方向性抖动技术；
在对所述第一曝光网格应用抖动的同时，对所述第一曝光网格应用网格移位，以生成网格移位曝光网格；
对所述网格移位曝光网格应用无方向性抖动；以及
将接受抖动之后的所述第一曝光网格与接受抖动之后的所述网格移位曝光网格相加，以生成第二曝光网格。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一曝光网格由像素的二维阵列形成，并且其中，所述像素尺寸被选择为大于所述IC布局设计网格的像素尺寸。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无方向性抖动包括沿着第一方向抖动。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无方向性抖动包括沿着第二方向抖动。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，对第一曝光网格应用多个无方向性抖动。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述第一曝光网格应用Floyd-Steinberg抖动。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述第一曝光网格应用多个网格移位。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述网格移位包括沿着第一方向移位。
9.一种用于提供修改后的曝光网格的方法，包括：
在图形数据库系统(GDS)网格中提供集成电路(IC)布局设计；
将所述IC布局设计GDS网格转换成第一曝光网格，并且使用针对灰度级的k位；
抖动所述第一曝光网格，并且使用针对灰度级的少于k位；
在抖动所述第一曝光网格的同时，对所述第一曝光网格应用网格移位，以生成网格移位曝光网格，并且使用针对灰度级的少于k位，并且对所述网格移位曝光网格应用抖动；以及
将接受抖动之后的所述第一曝光网格与接受抖动之后的所述网格移位曝光网格相加，以生成修改后的曝光网格。
10.一种提供在光刻工艺中使用的网格的方法，包括：
在图形数据库系统(GDS)网格中提供具有像素坐标系的二维阵列中的多个多边形的集成电路(IC)布局设计；
对所述IC布局设计GDS网格应用邻近校正处理；
将所述IC布局设计GDS网格转换成具有像素坐标系统的二维阵列的多个多边形的第一曝光网格，使用大于所述IC布局设计GDS网格的像素尺寸，并且使用对于灰度级的k位；
对所述第一曝光网格应用抖动，其中，接受抖动之后的所述第一曝光网格使用针对灰度级的少于k位；
在对所述第一曝光网格应用抖动的同时，对所述第一曝光网格应用网格移位，其中，所述网格移位曝光网格使用针对灰度级的少于k位，并且对所述网格移位曝光网格应用抖动；以及
将接受抖动之后的所述第一曝光网格与接受抖动之后的所述网格移位曝光网格相加，以生成第二曝光网格，其中，所述第二曝光网格包含与所述第一曝光网格相同或更少的数据量。
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