CN1495533A - 设计曝光装置孔径的模拟方法和系统和记录模拟法的介质 - Google Patents

Abstract

考虑到光掩模的电路图的布局，模拟方法设计孔径来获得最佳分辨率和DOF，以及在其中记录该模拟方法的记录介质。用于设计包括光源、光学透镜组、光掩模、孔径的曝光装置中的孔径的模拟方法接收光掩模的布局信息。将孔径分成多个像素。翻转孔径的像素，执行光刻法模拟以产生模拟光刻胶图形，并且查询提供用于模拟光刻胶图形的最佳分辨率的孔径的形状。有利地，提供系统来执行该方法。同时，有利地，将该模拟方法可以存储在存储介质上。

Description

设计曝光装置孔径的模拟方法和系统和 记录模拟法的介质

相关申请的交叉引用

本申请在35U.S.C.§119下要求2002年6月22日申请的，韩国专利申请No.2002-35173的优先权，其内容在此一并作为参考。

技术领域

本发明涉及光刻法系统，更具体地说，涉及用于设计曝光装置中的孔径的模拟方法和系统以及在其上记录模拟方法的记录介质。

背景技术

光刻法是在半导体晶片上形成电路图的过程并包括一系列诸如光致抗蚀涂层、曝光以及显影的过程。随着集成的半导体设备增加，与光刻法有关的各种技术继续发展以便获得高分辨率以及光刻法图形的最佳焦深(DOF)。

图1示例说明在其中执行光刻法的常规投影曝光装置。参考图1，例如，沿光源11放置一对椭圆形反射镜12，以及顺序地将聚光透镜13、飞孔透镜14、聚光镜15、光掩模16、投影透镜17、晶片18以及晶片台19排列地光源11下。在这种情况下，将确定光的方向的孔径20放在飞孔透镜14和聚光镜15之间。通常使用在中心具有圆形孔的孔径20。然而，如果引入轴外照明，使用具有环形、四柱(quadropole)或类星体状孔的孔径。

下面描述投影曝光装置的操作。由椭圆形反射镜12反射从光源11发射的光，然后由聚光透镜13聚光。光程平行于通过聚光透镜13，然后通过飞孔透镜14的光轴。通过飞孔透镜14的光通过孔径20并由聚光15透镜聚光。在这种情况下，如上所述，孔径20具有预定孔，并能调整传送到光掩模16的光的方向，即角度。将通过聚光镜15的光传送到光掩模16，光掩模用来形成预定电路图。此后，光通过光掩模16和投影透镜17并聚集在晶片18上。因此，将电路图投影到放在晶片台19上的晶片18的表面上。

为在光刻法图形中获得最佳分辨率和DOF，考虑到光掩模16的电路图的布局，可由孔径20控制将投影的光以及光的行进方向是很重要的。

然而，在目前的集成电路制造过程中，具有不同电路图的至少20到30个光掩模对制造仅一个设备来说是必要的。另一方面，安装在投影曝光装置中的仅几个孔径20用来制造一个设备。因此，不能获得用于具有各种电路图布局的每个光掩模的最佳分辨率和DOF。另外，不容易设计获得用于每个光掩模的布局的最佳分辨率和DOF的孔径。

发明内容

为解决上述问题，将希望提供一种模拟方法，在该方法中，考虑到光掩模的电路图的布局，将孔径设计成获得光刻法图形中的最佳分辨率和DOF。

也希望提供一种由该模拟方法实现的模拟系统。

另外希望提供在其中记录模拟法的记录介质。

因此，根据本发明的一个方面，提供一种用于设计包括光源、光学透镜组、光掩模以及孔径的曝光装置中的孔径的模拟方法。

在该方法中，首先，接收光掩模的布局信息。接着，将孔径分为多个像素。然后，翻转孔径的像素，执行光刻法模拟以产生模拟光刻法图形，以及搜索产生用于模拟光刻法图形的最佳分辨率的孔径的形状。

更具体地说，首先，将曝光条件和光掩模的图形输入到模拟程序中。接着，将曝光条件和光掩模图形作为数据执行光刻法过程的模拟。随后，将孔径分为多个像素以及翻转孔径的像素。当翻转孔径像素时，重复执行光刻法过程的模拟，并计算价值函数值，价值函数值为光掩模的布局与模拟步骤产生的模拟光刻胶图形间的差值。此后，重复执行翻转孔径的像素、执行模拟光刻法过程以及计算价值函数值的步骤直到价值函数为一致的为止。

如在此所使用的，术语“翻转孔径像素”表示改变孔径像素以便打开一个或多个关闭像素(closed pixel)或关闭一个或多个打开像素(open pixel)。

曝光条件包括曝光装置中光源的波长、光源的强度、数值孔径(NA)值以及孔径的形状。

根据本发明的另一方面，提供一种用于设计曝光装置中孔径的模拟系统。该系统包括：输入单元，用来接收输入数据，包括光掩模的布局信息；模拟执行单元，使用输入数据来产生模拟光刻法图形并搜索提供模拟的光刻法图形的最佳  分辨率的孔径形状；以及显示单元，显示模拟执行单元的结果。

在这种情况下，输入数据包括诸如数值孔径值、孔径形状、和/或光源的类型和波长的曝光条件。

另外，模拟执行单元包括：光刻法模拟单元，使用输入数据来执行模拟光刻过程；孔径翻转单元，将孔径分为几个像素并以逐步的方法翻转孔径像素；价值计算单元，计算价值函数值，价值函数值为由光刻法模拟单元形成的光刻胶图形与光掩模的布局间的差值；以及价值比较单元，确定计算的价值函数是为一致。另外，显示单元可包括监视器。

为实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供计算机可读存储器，在其中存储用于执行设计曝光装置中的孔径的方法的程序。程序包括输入模块，用来接收包括光掩模的布局信息的输入数据；模拟模块，用来使用输入数据执行光刻法模拟过程以便产生模拟的光刻胶图形并搜索提供用于模拟的光刻胶图形的最佳分辨率的孔径的形状；以及显示模块，控制模拟模块的结果显示。

附图说明

通过参考附图详细地描述优选实施例，将更清楚本发明的上述目的和优点，其中：

图1是投影曝光装置的截面图；

图2是示例说明孔径模拟方法的一个实施例的流程图；

图3A和3B是示例说明分为像素的孔径的平面图；

图4A和4B分别示例说明在孔径模拟前的模拟屏幕，以及示例说明孔径模拟的结果的屏幕；以及

图5是用于设计孔径的模拟系统的框图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来更全面地描述本发明，在这些附图中，示出了本发明的优选实施例。然而，本发明可用各种形式表现，因此不应当构造成限定到在此陈述的实施例。相反，提供这些实施例以便该公开的内容全面和完整并将向本领域的普通技术人员全面地表达本发明的范围。在这些附图中，为清楚起见，将夸大元件的形式。在所有附图中，同样的参考数字表示同样的元件。

图2是示例说明孔径模拟方法的流程图，并且图3A和3B是示例说明分为像素的孔径的平面图。

因为光掩模的集成度增加了，所以采用光刻法模拟程序。光刻法模拟程序是用于在真正制造步骤前在计算机的虚拟空间中实现光刻法过程的程序，以便最佳化光刻法过程的条件。

在这里，将光刻法模拟程序用作孔径模拟程序。有利地，使用称为“TOPO”的光刻技术模拟器。计算机可以是用于执行模拟程序的个人计算机(PC)并可包括中央处理单元(CPU)、输入单元、随机存取存储器(RAM)、存储单元、传输控制器以及显示单元，这些均是PC的典型元件。

在下文中，参考图2，将描述用于设计孔径的模拟方法。

在步骤S1，将曝光条件和光掩模图形输入到光刻法模拟程序中。例如，曝光条件可是曝光孔径的光源的波长(见图1)、光源的强度、数值孔径(NA)值以及孔径的孔的形状。可使用扫描装置输入排列在光掩模的表面上的光掩模图像，即电路图的布局。

在步骤S2中，将具有预定形状，即环形、类星体状或四柱状的孔的孔径50分为多个具有某一大小的像素。即，将孔径50在水平方向中分为m个像素以及在垂直方向中分为n个像素，因此，将整个孔径50分为m×n个像素。在这里，图3A示例说明分为多个像素的类星状形孔径，并且图B示例说明了分为多个像素的四柱形孔径。在图3A和3B中，在虚拟模拟程序中将孔径分为像素。另外，像素越细，分辨率和DOP越高。在这里，参考数字50和50b分别表示遮光区以及透光区。

在步骤S3中，使用输入的曝光条件、光掩模的布局以及初始孔径图像执行模拟光刻法过程。然后，模拟程序汇总诸如曝光条件、光掩模布局以及孔径图像的信息，并预测和显示将在晶片上实现的光刻胶图形。

在步骤S4中，将在步骤S3中获得的模拟或虚拟光刻胶图形与光掩模的电路图进行比较，测量面积或体积方面的初始差值。在该比较中，虚拟光刻胶图形偏离光掩模的电路图的空间的面积或体积由价值函数定义。在这种情况下，能理解到当价值函数的值变得越小时，它表示在晶片上形成的光刻胶图形越接近于光掩模的电路图。价值函数值由常规的计算机程序来计算。

在步骤S5中，检验在步骤S3中形成的虚拟光刻胶图形相对于价值函数来说是否具有最佳分辨率。当使用常规孔径时，如果获得期望的分辨率，即，如果计算期望的价值函数，则停止模拟。然而，常规的孔径设计成获得若干光掩模的平均分辨率，因此，不能获得用于预定光掩模的最佳分辨率和DOF。

在步骤S6中，如果在晶片上形成的光刻胶图形不具有期望的分辨率，那么翻转孔径的一个或多个像素。在这里，翻转孔径的像素顺序改变孔径的像素以便打开关闭像素以及关闭打开像素。即，用逐步的方式改变孔径的开和闭空间。

在步骤S7中，当改变孔径的开和闭空间时，重复执行光刻法模拟。随后，在步骤S8中，计算新价值函数值以便检验已经提高通过光刻法模拟步骤(步骤S7)形成的光刻胶图形的分辨率的等级。

在步骤S9中，将计算的价值函数值与在前价值函数值进行比较，并确定计算的价值函数是否一致。即，将在前计算的价值函数值与在当前步骤S8中计算的价值函数值进行比较，并在选定的、可接受的误差界限内确定它们是否相同。在这种情况下，如果两个价值函数值几乎相同(即在误差界限内)，那么中止模拟步骤。如果两个价值函数在彼此的误差界限内(几乎不同)，那么再次翻转孔径像素(步骤S6)，再次执行光刻法模拟(步骤S7)，重新计算价值函数(步骤S8)，以及将重新计算的价值函数与在前价值函数进行比较以再次确定价值函数是否一致(步骤S9)。在这里，重复执行步骤S6、S7、S8以及S9直到确定价值函数是一致的。

第一次通过这些步骤，将步骤S4的价值函数值与步骤S8的价值函数值进行比较。在这种情况下，当未获得期望的分辨率时，该方法返回到翻转孔径像素的步骤(步骤S6)。在翻转孔径像素后，将在前价值函数值(在步骤S8前计算的价值函数值)与在前价值函数进行比较，并重复步骤。

有利地，使用模拟退火算法来最小化价值函数。

同样地，为获得最佳分辨率和DOF，能设计与光掩模的每个图像一致的最佳孔径形状。

图4A和4B分别示例说明孔径模拟前的模拟屏以及示例说明孔径模拟结果的屏幕。在本例子中，执行用于定义存储节点电极的光掩模的孔径形状的模拟。在这种情况下，例如，使用类星体状孔径。在短轴方向中计算定义存储节点电极的每个光刻胶图形的图像对比度为0.46，而在长轴方向中为0.27。在短轴方向中也计算图像逻辑斜度(image log slope)为10.7/μm，而在长轴方向中为3.12/μm。将用于短轴和长轴方向的数据进行比较，与沿短轴方向的光刻胶图形相比，沿长轴方向未以期望的形式形成光刻胶图形。因此，不能获得期望的最佳分辨率。

如图4A所示，将数值孔径值(Nas)、孔径形状以及光源的类型输入到模拟程序中。在图4A的特定例子中，数值孔径(NA)为0.7，使用圆形孔径，以及使用具有波长为248nm的KrF光源。另外，将定义存储节点电极的光刻胶图形输入到模拟程序中。接着，将圆形孔径通过计算机分为多个像素。

使用曝光条件和光掩模形状执行光刻法模拟。接着，在计算机的监视器上示出将在晶片上形成的光刻胶图形，并且通过模拟程序计算用来定义价值函数以及分辨率的光刻胶图形的图像对比度以及图像逻辑斜度。

因此，连续翻转孔径的像素直到将价值函数保持在一致值。更具体地说，顺序地打开和关闭孔径像素，执行光刻法过程，以及计算价值函数值。当不能再减小价值函数时，即，当在前步骤中计算的价值函数值与在当前步骤中计算的价值函数值相似时，在可接受的误差界限内，模拟停止。

图4B示例说明当不能再减小价值函数时，表示最终孔径形状的模拟屏。当用于定义存储节点电极的光掩模的孔径具有90度旋转的蝶形/领结状孔时，形成具有与光掩模的电路图最相似的形状的光刻胶图形。

当使用具有上述形状的孔径执行光刻法模拟时，在短轴方向中测量光刻胶图形的图像对比度为0.47，而在长轴方向为0.33。这表示与使用类星体状孔径的情况相比，在短轴方向中具有上述形状的孔径的图像对比度增加了2％，而在长轴方向中增加了约22％。在短轴方向中的光刻胶图形的图像逻辑斜度为10.81/μm，因此与以前相比，没有大的变化。另一方面，长轴方向中的光刻胶图形的图像逻辑斜度为4.51/μm，增加了约40％。在这里，光掩模图形的图像对比度以及图像逻辑斜度是用来确定分辨率和DOF的要素，因此当这些要素变得越大，则提高了分辨率和DOF。

用这种方式，使用光刻法模拟方法，能设计用于获得用于每个光掩模的最佳分辨率和DOP孔径。

图5是用于设计孔径的模拟系统的框图。如图5所示，用于设计孔径的模拟系统包括输入单元100、模拟执行单元110以及显示单元120。

将曝光装置中有关诸如数值孔径值(NA)、孔径的形状、光源的类型以及光掩模的布局的曝光条件的信息输入到输入单元100，并且输入单元100将信息传送到模拟执行部分110。在这种情况下，输入单元100可包括扫描单元(未示出)以便接收诸如孔径形状以及光掩模的布局的信息。

根据光掩模的布局信息，模拟执行单元110设计并提供最佳孔径。模拟执行单元110包括光刻法模拟单元111、孔径翻转单元113、价值计算单元115以及价值比较单元117。

在执行真正的过程前，光刻法模拟单元111在计算机的虚拟空间中实现将在投影曝光装置中执行的光刻法过程，接收光掩模的布局信息，以及预测将在晶片上形成的光刻胶图形。

孔径翻转单元113将孔径分成多个像素并以逐步的方式改变像素的打开和关闭的空间。

在计算机的虚拟空间中，价值计算单元115计算价值函数值，价值函数值为光刻胶的布局信息与在晶片上形成的光刻胶图形间的差值。每次，以逐步的方式，通过孔径翻转单元113改变像素的开和闭空间时，价值计算单元115计算价值函数值。

计算比较单元117将在先前步骤中计算的价值函数值与在当前步骤中计算的价值函数值进行比较。在这种情况下，如果当前价值函数值与在前步骤中计算的价值函数值几乎相同(即在可接受的误差界限内)，则停止模拟。如果当前价值函数值与在前步骤中计算的价值函数几乎不同，在可接受的误差范围或界限内，那么重复操作光刻法模拟单元111、孔径翻转单元113以及价值计算单元115直到当前价值函数值与在前价值函数值相同，在误差界限内。

显示单元120可是例如，显示曝光条件和孔径形状的监视器。

模拟系统的操作与参考图2所述的相同。

用于设计孔径的模拟方法和系统可由计算机软件程序来执行，以及该程序可存储在计算机可读存储介质中。同时，记录介质可用在通用数字计算机中，以及可由连接到曝光装置上的数字计算机来执行该程序以便更容易执行该过程。适合的记录介质包括：磁记录介质，如ROM、软盘以及硬盘、光记录介质，如CD ROM以及DVD；以及存储介质，如用于经Internet传输的载波。

存储在存储介质中的程序包括将诸如曝光条件和光掩模的布局的输入数据输入到其中的输入模块、使用输入数据执行模拟来确定最佳孔径形状的模拟模块，以及控制孔径形和曝光条件的显示的显示模块。

模拟模块包括：光刻法模拟子模块，在计算机虚拟空间中模拟光刻法过程、孔径翻转子模块，改变孔径的形状、价值计算子模块，计算价值函数值，该价值函数值为光掩模的布局信息以及通过模拟光刻法过程产生的模拟光刻胶图形间的差值、以及比较子模块，将在先前步骤中计算的价值函数值与在当前步骤中计算的价值函数值进行比较。

使用这些模块，能设计用于每个光掩模的布局的孔径的形状。

如上所述，使用光刻法模拟程序，能设计孔径，其中获得用于每个光掩模的布局的最佳分辨率和DOF。

尽管参考其优选实施例具体示出并描述了本发明，本领域的普通技术人员将理解到，在不脱离由所附的权利要求书定义的本发明的精神和范围的情况下，可在形式和细节方面做出各种改变。

Claims (10)

1.一种用于设计曝光装置中的孔径的方法，该曝光装置包括光源、光学透镜组、光掩模以及孔径，该方法包括：

接收光掩模的布局信息；

将孔径分成多个像素；以及

翻转孔径的像素；

执行光刻法模拟以产生模拟光刻胶图形；以及

查找提供模拟光刻胶图形的最佳分辨率的孔径的形状。

2.一种用于设计曝光装置中的孔径的模拟方法，该方法包括：

(a)提供曝光条件和光掩模的图像；

(b)将孔径分成多个像素；

(c)使用作为用于模拟的输入数据的曝光条件和光掩模图形，执行模拟光刻法过程以产生模拟光刻胶图形；

(d)计算价值函数值的数值，该数值为在(c)中形成的模拟光刻胶图形与光掩模布局间的差值；以及

(e)翻转孔径像素；以及

(f)重复执行(c)、(d)以及(e)直到价值函数是一致的。

3.如权利要求2所述的方法，其中曝光条件包括曝光装置中的光源的波长、光源的强度、数值孔径(NA)值以及孔径形状中的至少一个。

4.一种用于设计曝光装置中的孔径的模拟系统，该系统包括：

输入单元，用来接收包括光掩模的布局信息的输入数据；

模拟执行单元，采用提供到输入单元的输入数据产生模拟光刻胶图形并在模拟光刻胶图形中查找提供最佳分辨率的孔径形状；以及

显示单元，显示模拟执行单元的结果。

5.如权利要求4所述的系统，其中输入数据进一步包括数值孔径值、孔径形状以及曝光装置中光源的类型和波长中的至少一个。

6.如权利要求5所述的系统，其中模拟执行单元包括：

光刻法模拟单元，使用输入数据来执行模拟光刻法过程以产生模拟光刻胶图形；

孔径翻转单元，将孔径分成多个像素并以逐步的方式翻转孔径像素；

价值计算单元，计算价值函数值，该价值函数值为模拟光刻胶图形与光掩模的布局间的差值；以及

价值比较单元，确定价值函数是否一致。

7.如权利要求4所述的系统，显示单元为监视器。

8.一种计算机可读存储介质，其中存储用于执行设计曝光装置中的孔径的方法的程序，该程序包括：

输入模块，用来接收包括曝光装置中的光掩模的布局信息的输入数据；

模拟模块，用来产生模拟光刻胶图形以及查找提供用于模拟光刻胶图形的最佳分辨率的孔径的形状；以及

显示模块，控制模拟模块的结果的显示。

9.如权利要求8所述的介质，其中输入数据包括数值孔径值、孔径形状以及曝光装置中光源的类型和波长中的至少一个。

10.如权利要求8所述的介质，其中模拟模块包括：

光刻法模拟子模块，使用输入数据来执行模拟光刻法过程以产生模拟光刻胶图形；

孔径翻转子模块，将孔径分成多个像素并以逐步的方式翻转孔径像素；

价值计算子模块，计算价值函数值，该价值函数值为模拟光刻胶图形与光掩模的布局间的差值；以及

价值比较单元，确定价值函数是否一致。

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