DE102005005591B3

DE102005005591B3 - Verfahren zur Optimierung der Geometrie von Strukturelementen eines Musters eines Schaltungsentwurfs für eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften und Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer Photomaske

Info

Publication number: DE102005005591B3
Application number: DE102005005591A
Authority: DE
Inventors: Armin Dr. Semmler; Dirk Meyer; Roderick Dr. Köhle; Christoph Dr. Nölscher; Michael Dr. Heißmeier; Jörg Dr. Thiele; Burkhard Ludwig
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: CN1828614A; US20060190850A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Geometrie von Strukturelementen (24) eines Musters (22). Es wird zuerst ein Muster (22) des Schaltungsentwurfs und eine Vielzahl von Basismustern (30; 32) bereitgestellt. Anschließend erfolgt ein iteratives Zerlegen des Musters (22) des Schaltungsentwurfs in entsprechende Basismuster, um diejenigen Teile des Musters der Vielzahl von Strukturelementen (24) zu klassifizieren, bei denen eine Übereinstimmung mit dem Basismuster vorliegt. Danach werden weitere Basismuster (34) für die im vorigen Schritt nicht klassifizierten Teile des Musters (22) bestimmt. Nach dem Anwenden einer Vorschrift zur Optimierung der Geometrie der Strukturelemente werden die optimierten Basismuster in den Schaltungsentwurf eingefügt, um eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften zu erreichen. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer Photomaske (18).

Description

Verfahren zur Optimierung der Geometrie von Strukturelementen eines Musters eines Schaltungsentwurfs für eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften und Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer Photomaske
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Optimierung der Geometrie von Strukturelementen eines Musters eines Schaltungsentwurfs für eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften, insbesondere bei der photolithographischen Projektion eines auf einer Photomaske gebildeten Musters auf ein Substrat eines Halbleiterwafers. Die Erfindung betrifft darüber hinaus die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung einer Photomaske.

Zur Herstellung integrierter Schaltungen werden üblicherweise auf Halbleiterwafern mit verschiedenen elektrischen Eigenschaften versehene Schichten aufgebracht und jeweils lithographisch strukturiert. Ein lithographischer Strukturierungsschritt kann darin bestehen, einen photoempfindlichen Resist aufzutragen, diesen mit einer gewünschten Struktur für die betreffende Ebene zu belichten und zu entwickeln, sowie anschließend die somit entstandene Resist-Maske in die unterliegende Schicht in einem Ätzschritt zu übertragen.

Für den lithographischen Projektionsschritt eines Schaltungsmusters wird üblicherweise als Belichtungsapparat ein Wafer-Scanner oder Wafer-Stepper verwendet. Im Belichtungsapparat erfolgt die Belichtung des photoempfindlichen Resists mit elektromagnetischer Strahlung einer vorherbestimmten Wellenlänge, die beispielsweise im UV-Bereich liegt.

Jede einzelne Schicht des Schaltungsmusters wird üblicherweise mit einer speziellen Maske (auch Reticle genannt) und einer Projektionsoptik auf den Halbleiterwafer abgebildet. Das Reticle besteht aus einer Substratschicht, die mit absorbierenden Elementen, wie z. B. einer Chromschicht, versehen ist, die das Schaltungsmuster nachbilden. Die Projektionsoptik des Belichtungsapparats enthält oftmals mehrere Linsen und Blenden und bewirkt häufig eine Reduktion des Schaltungsmusters bei der Übertragung auf die Resistschicht.

Dichte Linien-Spalten-Muster, wie sie etwa im Bereich der Herstellung von dynamischen Speichern mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) gebildet werden, weisen beispielsweise Strukturbreiten von 70, 90 oder 110 nm auf. Beim lithographischen Belichtungsprozess eines solchen Musters werden heutzutage in den Belichtungsapparaten Wellenlängen von 248 nm oder 193 nm verwendet.

Die erzielbare Strukturauflösung wird von mehreren Faktoren beeinflusst. So wird in der optischen Lithographie bei der Herstellung von integrierten Schaltungen der Zusammenhang zwischen erzielbarer Grenzauflösung b_min und den Einflussgrößen der Projektion durch das Rayleighsche Gesetz der Mikroskopie beschrieben: bmin = k1·λ/NA.

Die Grenzauflösung b_min eines Liniengitters ist demnach abhängig von dem Technologiefaktor k₁, der Belichtungswellenlänge λ und der Numerischen Apertur NA der Linse des Belichtungsapparats. Die Grenzauflösung b_min entspricht dabei der Hälfte der Periode des abzubildenden Liniengitters.

Während die Belichtungswellenlänge λ und der maximale Wert der Numerischen Apertur NA für eine bestimmte Generation von Belichtungsgeräten fest ist, kann durch Optimierung des Belichtungsprozesses und den Einsatz von sogenannten RET-Konzepten (RET = Resolution Enhancement Techniques, Technologien zur Auflösungsverbesserung) der Technologiefaktor k₁ verringert und damit die Grenzauflösung verbessert werden.

Dabei hat es sich unter anderem herausgestellt, dass eine Verkürzung von abzubildenden Linien an ihren Enden sowie eine veränderte Linienbreite auftritt. Um die aus diesen Effekten resultierenden Ungenauigkeiten bei der lithographischen Projektion zu minimieren, werden kritische Strukturelemente oftmals mit sogenannten OPC-Strukturen versehen. OPC-Strukturen (OPC = Optical Proximity Correction) verändern an bestimmten Stellen des Schaltungsmusters die Form bzw. Abmessungen bestimmter Strukturelemente, bzw. sind zusätzliche sich im Photoresist nicht abbildende Strukturen.

OPC-Strukturen dienen dazu, bestimmte Strukturelemente des Schaltungsmusters in ihrer Linienbreite zu verändern, so dass bestimmte Abbildungsfehler bei der Übertragung des Schaltungsmusters in eine Resistschicht eines Halbleiterwafers kompensiert werden können. Ziel ist es, durch die Verwendung von OPC-Strukturen den Bildkontrast und die Tiefenschärfe bei der photolithographischen Projektion zu verbessern. Unter OPC-Strukturen werden beispielsweise mit Serifen oder „Hammerheads" bezeichnete Strukturen verstanden. Die gezielte Veränderung von Linienbreiten zählt ebenfalls dazu.

Das Hinzunehmen von feinen Strukturelementen (auch „subresolution-sized assist features" oder „scattering bars" genannt), die unterhalb der Auflösungsgrenze des Belichtungsap parates liegen, wird üblicherweise nicht dem OPC-Prozessfluss zugeordnet, sondern können zusammen mit der Wahl der optimierten Belichtungsbedingungen des Belichtungsapparates als eigenständige Maßnahme zur Auflösungssteigerung betrachtet werden.

Zur Bestimmung der OPC-Strukturen wird üblicherweise das Schaltungsmuster unter Verwendung eines Simulationsmodells der photolithographischen Projektion berechnet, das sich bei der Abbildung auf die Resistschicht des Halbleiterwafers ergibt. Dazu wird häufig ein Simulationsmodell verwendet, das mittels eines zweidimensionalen Modells die physikalischchemischen Prozesse während der Lithographie berechnet. Diese Berechnungen müssen für nahezu die ganze Fläche des Reticles ausgeführt werden, um die OPC-Strukturen für den gesamten herzustellenden Chip berechnen zu können. Im Prozessfluss zur Bestimmung der OPC-Strukturen wird anhand dieser Simulationen üblicherweise eine Optimierung der Geometrie der Maskenstrukturen und gegebenenfalls eine Optimierung weiterer Lithographieparameter, wie beispielsweise der Wahl der Belichtungsbedingungen im Projektionsapparat, durchgeführt.

In der Veröffentlichung von N. Cobb, „Fast Optical and Process Proximity Correction Algorithms for Integrated Circuit Manufacturing", Doktorarbeit, University of California, Berkeley (USA), 1998, wird eine historische Zusammenfassung über die Entwicklung der unterschiedlichen Konzepte zur Bestimmung von OPC-Strukturen gegeben.

So wurde in älteren Methoden häufig eine von einem Layoutingenieur gesteuerte („manuelle") Optimierung der Geometrien der Maskenstrukturen durchgeführt. Dabei werden die auf dem Halbleiterwafer bei einer Belichtung gebildeten Resistmuster als Vorgabewerte für eine im wesentlichen auf Erfahrung des Layoutingenieurs basierende gezielte Veränderung der Geometrien der Maskenstrukturen herangezogen.

Das Konzept der „manuellen" Optimierung der Geometrien der Maskenstrukturen wird bei den sogenannten regelbasierenden OPC-Techniken dahingehend erweitert, dass in einem Layout bestimmte geometrische Strukturen gesucht werden, die anschließend anhand vorgegebener Regeln verändert werden. Diese Vorgehensweise erlaubt die automatische Bestimmung der OPC-Strukturen mittels spezieller Layoutprogramme. Bei modernen Halbleiterbausteinen ist die Zahl der abzubildenden Strukturelemente so groß, dass die Bestimmung der OPC-Strukturen kostengünstig nur noch automatisch erfolgen kann.

In der Veröffentlichung von N. Cobb wird auf den Seiten 11 bis 12 als eine weitere Möglichkeit die sogenannte modellbasierte OPC-Simulation beschrieben. Dabei wird mittels eines Simulationsmodells die Abbildung der Strukturelemente der Photomaske auf eine auf dem Halbleiterwafer aufgebrachte Resistschicht berechnet. Zur Berechnung werden neben einem Modell der optischen Abbildung zur Berechnung des Luftbildes auch Modelle der Resistbelichtung, der Photomaske und Ätzprozesse benötigt. Das Simulationsergebnis wird an das Layoutprogramm zurückgeführt, um die geometrischen Strukturen auf der Maske zu verändern. Zur Veränderung der Strukturelemente werde diese in einzelne Teilstrukturen aufgeteilt (fragmentiert). Für jedes dieser Fragmente werden die geometrischen Strukturen optimiert, wobei die Optimierung als Rückkopplung des Simulationsergebnisses beschrieben wird.

In der Lithographiesimulation wurden in den letzten Jahren verfeinerte und aufwendigere Rechenmethoden implementiert, die eine möglichst realitätsnahe Modellierung und Berechnung ermöglichen. Dabei wird das oben genannte Konzept der modellbasierten oder regelbasierten OPC-Simulation dahingehend erweitert, dass nicht nur die Kanten der Strukturelemente (oder deren Fragmente) bei der Abbildung auf ein Zielmaß hin optimiert werden, sondern das Abbildungsproblem durch eine vollständige Formulierung als ein numerisches Optimierungsproblem beschrieben wird. Das Ergebnis der Optimierung wird das optimierte Maskenlayout bereitgestellt, wobei die benötigten Hilfsstrukturen als Ergebnis des Optimiervorgangs weitestgehend unabhängig von der Geometrie der Ausgangsmaske generiert werden. Diese Vorgehensweise wird im Folgenden als „advanced OPC" bezeichnet. Ein wesentlicher Unterschied zu den vorgenannten Verfahren besteht darin, dass die vorgestellten Konzepte bisher noch nicht in einen kommerziell erhältlichen Prozessfluss zur Bestimmung von OPC-Strukturen integriert wurden.

Ein Beispiel für ein „advanced OPC"-Konzept wird in der Veröffentlichung von A. Rosenbluth et al., „Optimum Mask and Source Patterns to Print a Given Shape", Proceedings of SPIE Vol. 4346 (2001), Seite 486 bis 502, beschrieben. Dort wird neben der Geometrie der Strukturelemente der Maske auch die Belichtungsquelle optimiert, indem eine entsprechende Pupillenblende berechnet wird. Die gemeinsame Optimierung erlaubt eine wesentliche Vergrößerung des Prozessfensters.

In der Veröffentlichung von A. Erdmann et al., „Mask and Source Optimization for Lithographic Imaging Systems", Proceedings of SPIE Vol. 5182 (2003), Seite 88 bis 102, wird ein genetischer Algorithmus beschrieben, bei dem ausgehend von einer analytischen Optimierungsfunktion („Merit Function"), die die gewichteten Beiträge der Linienbreitenabweichung, der Steigung der Intensitätsverläufe, der Lichtbeugungen höherer Ordnung und der Gesamtzahl der Maskenstrukturelemente umfasst, eine nicht-analytische globale Optimierung durchgeführt wird.

In der Veröffentlichung von R. Socha et al., „Contact Hole Reticle Optimization by Using Interference Mapping Lithography", Proceedings of SPIE Vol. 5377 (2004), Seite 222 bis 240, wird ebenfalls ein Beispiel für ein „advanced OPC"-Konzept beschrieben. Gemäß diesem Verfahren wird die Anordnung von unter der Auflösungsgrenze des Projektionsapparats liegenden Hilfsstrukturen für Kontaktlöcher optimiert. Dazu werden Intensitätsverteilungen von mit einer Maske erzeugten Interferenzmustern für kohärente und partiell kohärente Lichtquellen berechnet. Diese Intensitätsverteilungen werden nachfolgend nach Bereichen untersucht, in denen Licht des Projektionsapparats destruktiv oder konstruktiv interferiert. Durch die Anordnung von transparenten oder phasenverschiebenden Hilfsstrukturen in den destruktiv oder konstruktiv interferierenden Bereichen wird das Luftbild gezielt beeinflusst, um eine hohe Abbildungstreue zu erzielen.

Nach dem Stand der Technik sind somit zum einen weniger präzise Vorgehensweisen, wie z.B. die regelbasierten und modellbasierten OPC-Verfahren bekannt. Bei den „advanced-OPC"-Konzepten handelt es sich vornehmlich um theoretische Studien, die zwar verbesserte Ergebnisse liefern, aber aufgrund der komplizierten Berechnungen eine lange Ausführungszeit bei einer Implementierung in einer Layoutsoftware erfordern. Die verbesserten Modelle gemäß der vollständigen Optimierungsansätze sind somit sehr zeitaufwändig, so dass eine Anwendung auf größere Bereiche schwierig wäre.

Es besteht somit in der Technik ein Bedarf, OPC-Strukturen in einer hinsichtlich des Rechenaufwands zeitsparenden Art mit einem automatischen Verfahren zu platzieren. Eine Möglichkeit zur Verringerung der Rechenzeit besteht darin, die Hierarchie des Schaltungslayouts bei der Bestimmung der OPC-Strukturen zu berücksichtigen. Gegenwärtige Simulationsprogramme für die Bestimmung von OPC-Strukturen, wie z.B. der auf der Veröffentlichung von N. Cobb basierende Calibre-Simulator der Firma Mentor Graphics, nutzen in gewissen Grenzen die Hierarchie des Schaltungslayouts aus, indem eine bestimmte Layoutzelle, die mehrmals im Schaltungsentwurf platziert ist, nur einmal bearbeitet wird.

Aus der US 2003/0188283 A1 ist ein Verfahren zur Identifizierung von Zellen in einem IC-Layout bekannt, bei dem eine Zelle des Schaltungsentwurfs dahin gehend untersucht wird, ob sie mit einer bereits vorher prozessierten Zelle identisch ist. Dieses Verfahren kann beispielsweise bei einer regel-basierten oder modellbasierten OPC-Simulation eingesetzt werden. Bei diesem Verfahren wird das Schaltungsmuster nach ähnlichen Zellen durchsucht, die als Ausgangspunkt für eine Simulation verwendet werden.

Ein Verfahren zur Klassifizierung von Fehlern innerhalb eines Layouts einer Halbleiterschaltung ist aus der DE 10224417 A1 der gleichen Anmelderin bekannt. In dieser Druckschrift ist beschrieben, dass zur Klassifizierung zuerst ein Untersuchen des Layouts der Halbleiterschaltung auf Verstoß gegen vorbestimmte Designregeln zur Feststellung von Fehlern durchgeführt wird. Anschließend wird für jeden Fehler dieser im Layout markiert, Informationen über den Fehler sowie das Layout in einer Umgebung des Fehlers extrahiert. Danach erfolgt ein Vergleich der extrahierten Informationen mit vorgespeicherten Informationen innerhalb einer Vielzahl von Klassen und ein Zuordnen des Fehlers zu der jeweiligen Klassen anhand der verglichenen Information. Dieses Verfahren erlaubt zwar die Möglichkeit, ein Layout unabhängig von der tatsächlichen Hierarchie zu untersuchen, ist jedoch auf den Fall der Layoutverifikation beschränkt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften eines Musters eines Schaltungsentwurfs zu schaffen, das die oben genannten Probleme überwindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Optimierung der Geometrie von Strukturelementen eines Musters eines Schaltungsentwurfs für eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften gelöst, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

– Bereitstellen des elektronisch gespeicherten Musters des Schaltungsentwurfs, wobei das Muster eine Vielzahl von Strukturelementen umfasst;
– Bereitstellen einer Vielzahl von Basismustern, wobei jedes Basismuster eine bestimmte Anzahl von Strukturelementen in einer bestimmten Anordnung als Geometrieprimitive umfasst;
– Iteratives Zerlegen des Musters des Schaltungsentwurfs in entsprechende Basismuster, wobei für jedes Basismuster sukzessive folgende Schritte ausgeführt werden:
a) Bestimmen der Außenabmessung der Geometrieprimitive des Basismusters, um einen Arbeitsbereich festzulegen;
b) Festlegen eines Umgebungsbereichs, der den Arbeitsbereich vollständig umgibt;
c) Vergleichen des Basismusters mit Teilen des Musters der Vielzahl von Strukturelementen im Arbeitsbereich und Untersuchen des Umgebungsbereichs, um zu bestimmen, ob weitere Strukturelemente im Umgebungsbereich liegen; und
d) Klassifizieren derjenigen Teile des Musters der Vielzahl von Strukturelementen, bei denen eine Übereinstimmung mit dem Basismuster vorliegt und keine Strukturelemente im Umgebungsfenster liegen, die im Falle einer lithographischen Projektion den im Arbeitsbereich liegenden Teil des Musters beeinflussen;
– Bestimmen weiterer Basismuster anhand derjenigen Teile des Musters, die im vorigen Schritt nicht klassifiziert wurden, um ein vollständig klassifiziertes Muster des Schaltungsentwurfs zu erhalten;
– Anwenden einer Vorschrift zur Optimierung der Geometrie der Strukturelemente des Basismusters; und
– Einfügen der optimierten Basismuster in den Schaltungsentwurf, um eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften bei der Übertragung des Musters des Schaltungsentwurfs auf einen Halbleiterwafer im Falle einer lithographischen Projektion zu erreichen.

Gemäß der Erfindung wird ein Muster eines Schaltungsentwurfs in einen Satz von Basismustern zerlegt, die jeweils unabhängig einer Optimierung bezüglich der Geometrien der Strukturelemente unterzogen werden. Aufgrund dieser Vorgehensweise wird nicht nur die Hierarchie des Schaltungsentwurfs, wie sie zum Beispiel aus der Anordnung verschiedener einzelner Layoutzellen bekannt ist, sondern auch im Umgebungsfenster liegende Strukturelemente berücksichtigt, die im Falle einer lithographischen Projektion den im Arbeitsbereich liegenden Teil des Musters beeinflussen. Somit erfolgt die Bestimmung der optimierten Strukturelemente für jedes einzelne im Schaltungsentwurf vorgefundene Basismuster, das für sich eine eigene unabhängig zu optimierende Anordnung von Strukturelementen umfasst. Durch sukzessives Klassifizieren werden in einem ersten Schritt die bereitgestellten Basismuster im Schaltungsentwurf gesucht. Anschließend wird der verbleibende Teil des Schaltungsentwurfs, der Teilmuster von Strukturelementen umfasst, die im vorigen Schritt keinem Basismuster zugeordnet werden konnten, weiteren Basismustern zugeordnet. Somit muss die Optimierung nicht mehr auf einem großflächigen Teil des Schaltungsentwurfs durchgeführt werden, sondern zeitsparend nur für jedes Basismuster.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des elektronisch gespeicherten Musters des Schaltungsentwurfs, dass die Strukturelemente des Musters Geometrieelemente einer Photomaske für Ein- oder Mehrfachbelichtungen oder Strukturelemente mehrerer Masken umfassen, die in sukzessiven Belichtungen im Falle einer lithographischen Projektion sich zu einem Gesamtbild überlagern.

Gemäß dieser Vorgehensweise kann das Verfahren auf Lithographiekonzepte erweitert werden, die nicht nur Schaltungsentwürfe umfassen, die eine direkte Zuordnung der Strukturelemente des Musters mit dem zu erzielenden Abbild im Falle der lithographischen Projektion erlauben, sondern auch auf Muster, die mit Mehrfachbelichtungstechniken auf einer oder mehren Masken gleichzeitig optimiert werden müssen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens der Basismuster:

– Suchen von sich im gesamten Muster von Strukturelementen wiederholenden Teilen des Musters; und
– Erstellen von Basismustern anhand der sich wiederholenden Teile des Musters.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird ein möglichst kompakter Satz von Basismustern erstellt, der die Regelmäßigkeit von Strukturelementen des Musters des Schaltungsentwurfs ausnutzt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt des Erstellens von Basismustern anhand von Regeln durchgeführt, die in einem Programm in einer Datenverarbeitungsanlage gespeichert sind.

Für unterschiedliche Schaltungsentwürfe können die Muster von Strukturelementen gewisse Ähnlichkeiten aufweisen, so dass die bereits vorher erstellten Basismuster eventuell auch für den anderen Entwurf verwendet werden können. Durch das Abspeichern der Basismuster in einer Datenbank kann somit auf besonders häufig wiederkehrende Strukturen zurückgegriffen werden, ohne zu Beginn des Verfahrens einen komplett neuen Satz von Basismustern bereitstellen zu müssen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Vergleichens des Basismusters mit Teilen des Musters der Vielzahl von Strukturelementen im Arbeitsbereich, dass im Falle einer fehlenden Übereinstimmung das Basismuster einer geometrischen Transformation unterzogen wird, wobei nachfolgend der Schritt des Vergleichens erneut mit dem anhand der geometrischen Transformation gebildeten Basismuster erfolgt.

Häufig unterscheiden sich bestimmte Teilmuster von Strukturelementen nur hinsichtlich ihrer Platzierung im Schaltungsentwurf, können aber mittels geometrischer Transformationen ineinander übergeführt werden. Gemäß dieser Vorgehensweise werden symmetrische Teilmuster des Schaltungsentwurfs nur einem einzigen Basismuster zugeordnet, wobei der Suche nach Basismustern im Schaltungsentwurf sukzessive für alle möglichen geometrischen Transformationen ausgeführt wird, um eine eventuelle Übereinstimmung zu erkennen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die geometrische Transformation eine Spiegelung des Basismusters an einer Symmetrieachse oder eine Drehung um einen vorherbestimmten Winkel.

Schaltungsentwurfe weisen oftmals Zellen auf, die als hierarchische Grundstrukturen mehrfach angeordnet werden. Dabei sind die einzelnen Zellen beispielsweise an verschiedenen Stellen gespiegelt oder verdreht angeordnet. Gemäß dieser Vorgehensweise werden spiegel- und rotationssymmetrische Teilmuster der Zellen des Schaltungsentwurfs nur einem einzigen Basismuster zugeordnet.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Klassifizierens der Teile des Musters der Vielzahl von Strukturelementen, dass die im Falle einer Übereinstimmung mit dem Basismuster gefundenen Teile im Schaltungsentwurf markiert werden.

Gemäß dieser Vorgehensweise kann beim Suchen der Basismuster auf einfache Weise festgestellt werden, ob der untersuchte Teil des Musters der Vielzahl von Strukturelementen bereits einem Basismuster zugeordnet wurde.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Klassifizierens der Teile des Musters der Vielzahl von Strukturelementen, dass die im Falle einer Übereinstimmung mit dem Basismuster gefundenen Teile im Schaltungsentwurf entfernt werden.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird das Suchen der Basismuster auf den Teil des Musters der Vielzahl von Strukturelementen bereits einem Basismuster beschränkt, für den keine Basismuster zugeordnet wurden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Bereitstellens des elektronisch gespeicherten Musters des Schaltungsentwurfs, dass die Strukturelemente des Musters jeweils Kontaktlochöffnungen für eine integrierte Schaltung repräsentieren.

Kontaktlochöffnungen weisen oftmals innerhalb eines Schaltungsentwurfs für eine Layoutebene die gleichen Abmessungen auf, werden aber in einer Vielzahl von unterschiedlichen Anordnungen zueinander in dieser Layoutebene platziert. Bei modernen Technologien der Halbleiterfertigung sind Kontaktlochöffnungen mit solchen Abmessungen versehen, dass ohne eine Optimierung ihrer Geometrie Abbildungsfehler auftreten würden, die die Herstellung der integrierten Schaltung erschweren würde oder verunmöglicht. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Vielzahl von Kontaktlochöffnungen in bestimmte Basismuster klassifiziert und anschließend hinsichtlich ihrer Abbildungseigenschaften optimiert. Somit erhöht sich die Ausbeute bei der Herstellung von integrierten Schaltungen, wobei gleichzeitig die Bestimmung der optimierten Geometrien nur für die Basismuster des jeweiligen Schaltungsentwurfs durchgeführt werden muss, was die Rechenzeit bei der Optimierung deutlich verkleinert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden beim Schritt des iterativen Zerlegens des Musters des Schaltungsentwurfs für jedes Basismuster die Arbeitsbereiche so festgelegt, dass sich die Arbeitsbereiche für alle mit einem Basismuster übereinstimmenden Teile des Schaltungsentwurfs nicht überlappen.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird sichergestellt, dass jedes Strukturelement des Musters des Schaltungsentwurfs beim Zerlegen eindeutig einem Basismuster zugeordnet wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Anwendens einer Vorschrift zur Verbesserung der Übertragung des Musters des Schaltungsentwurfs auf einen Halbleiterwafer im Falle einer lithographischen Projektion, dass OPC-Strukturen bestimmt werden.

Zur Verbesserung der Übertragung des Musters des Schaltungsentwurfs auf den Halbleiterwafer bei der lithographischen Projektion werden oftmals OPC-Strukturen eingesetzt, die bestimmte Abbildungsfehler kompensieren. Die Berechnung der OPC-Strukturen erfolgt nunmehr nicht für den kompletten Schaltungsentwurf, sondern ausschließlich für die einzelnen Basismuster. Dadurch wird der Rechenaufwand bei der Bestimmung der OPC-Strukturen deutlich verringert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Bestimmen der OPC-Strukturen das Optimieren der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente jedes Basismusters.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird ein Optimieren der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente durchgeführt, was zu einer Verbesserung der Übertragung des Musters des Schaltungsentwurfs auf den Halbleiterwafer bei der lithographischen Projektion führt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente jedes Basismusters mit einer regelbasierten OPC-Optimierung.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird eine in kommerziellen Simulationsprogrammen implementierte OPC-Optimierung auf die Basismuster angewendet, wodurch im Vergleich zu einem Schal tungsentwurf der nicht in Basismuster zerlegt wurde, Rechenzeit eingespart werden kann.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Bestimmen der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente jedes Basismusters mit einer modellbasierten OPC-Optimierung.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird ebenfalls eine in kommerziellen Simulationsprogrammen implementierte OPC-Optimierung auf die Basismuster angewendet, wodurch im Vergleich zu einer regelbasierten OPC-Optimierung verbesserte Ergebnisse bei der Übertragung auf einen Halbleiterwafer erzielt werden können.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Bestimmen der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente jedes Basismusters als ein numerisches Optimierungsproblem einer Abbildung im Falle einer lithographischen Projektion beschrieben, um die Optimierung zur Veränderung der Geometrie der Strukturelemente jedes Basismusters durchzuführen.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird eine OPC-Optimierung durchgeführt, die in bisherigen Simulationsprogrammen aufgrund der langen Berechnungszeiten nicht möglich war. Somit lässt sich die Erfindung mit einer Vielzahl von neueren OPC-Modellen verbinden, die im Vergleich zu bisherigen Vorgehensweisen auf größere Schaltungsmuster nicht anwendbar waren.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden darüber hinaus die folgenden Schritte durchgeführt:

– Bereitstellen eines Simulationsprogramms der optischen Abbildung im Falle einer lithographischen Projektion auf eine auf einem Halbleiterwafer aufgebrachte Resistschicht;
– Anwenden des Simulationsprogramms der optischen Abbildung für jedes der Basismuster, um einen Intensitätsverlauf eines Luftbilds für die Resistschicht zu bestimmen;
– Vergleichen des Intensitätsverlaufs mit den Strukturelementen des Basismusters, um festzustellen, ob in dunkel abzubildenden Bereichen die Intensität unterhalb einer bestimmten Schwelle liegt, wobei in Bereichen, die oberhalb der Schwelle liegen, Hilfsstrukturelemente eingefügt werden;
– Bereitstellen von nichtabbildenden Hilfsstrukturen für jedes Strukturelement des Basismusters, dessen Intensitätsverlauf oberhalb der Schwelle liegt;
– Vergleichen des Intensitätsverlaufs mit den Strukturelementen des Basismusters, um festzustellen, ob in hell abzubildenden Bereichen die Intensität oberhalb einer bestimmten Schwelle liegt, wobei in Bereichen, die unterhalb der Schwelle liegen, Hilfsstrukturelemente eingefügt werden;
– Bereitstellen von weiteren nichtabbildenden Hilfsstrukturen für jedes Strukturelement des Basismusters, dessen Intensitätsverlauf unterhalb der Schwelle liegt;
– Optimieren der nichtabbildenden Hilfsstrukturen hinsichtlich der Abmessungen und der Position in bezug auf das zugehörige Strukturelement des Basismusters; und
– Einfügen der optimierten nichtabbildenden Hilfsstrukturen in das Basismuster.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird neben einer Optimierung der Geometrie der Strukturelemente zusätzlich der Intensitätsverlauf an der Position der Resistschicht berechnet. Aus diesem Intensitätsverlauf werden im Folgenden diejenigen Strukturelemente bestimmt, die im Falle einer lithographischen Projektion aufgrund von Beugungsphänomenen nicht mit der vorgesehenen Intensität abgebildet werden würden. An diesen Stellen werden nichtabbildende Hilfsstrukturen eingefügt, um den Intensitätsverlauf zu korrigieren. Aufgrund dieser Vorgehensweise wird das in Basismuster zerlegte Muster des Schaltungsentwurfs zusätzlich mit nichtabbildenden Hilfsstrukturen versehen, die normalerweise nicht im Rahmen einer OPS-Korrektur bestimmt werden. Damit wird auf vorteilhafte Weise eine mit geringem Aufwand an Rechenzeit durchführbare Modifikation des Musters des Schaltungsentwurfs ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schritt des Optimierens der Geometrie der Strukturelemente des Basismusters:

– Berechnen von Fehlervektoren für jedes Strukturelement des Basismusters aufgrund des Vergleichs des Intensitätsverlaufs mit den Strukturelementen des Basismusters, um einen Fehlerabstand und einen Fehlergradienten zu bestimmen; und
– Optimieren der Geometrie der Strukturelemente des Basismusters anhand einer Minimierung der Fehlervektoren.

Gemäß dieser Vorgehensweise wird neben der Korrektur mit nichtabbildenden Hilfsstrukturen der Intensitätsverlauf für die Berechnung von OPC-Strukturen herangezogen, indem Fehlervektoren bestimmt werden, anhand derer die Geometrie der Strukturelemente des Basismusters optimiert wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden darüber hinaus die nichtabbildenden Hilfsstrukturen als Funktion einer Intensitätsschwankung, einer Defokusaberration in einem Projektionsapparat und/oder einer Variation der herstellungsbedingten Schwankungen der Maskengeometrie einer Photomaske bestimmt.

Gemäß dieser Vorgehensweise werden herstellungs- und belichtungsgerätabhängige Variationen im Falle einer lithographi schen Projektion bereits bei der Ermittlung der Hilfsstrukturmerkmale berücksichtigt, insbesondere um das Prozessfenster der entsprechenden Herstellungstechnologie zu vergrößern.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden darüber hinaus die nichtabbildenden Hilfsstrukturen bezüglich ihrer Mindestgröße oder ihres Mindestabstands zu Strukturelementen bestimmt.

Gemäß dieser Vorgehensweise werden bereits bei der Ermittlung der Hilfsstrukturmerkmale Anforderungen an die Fertigungstechnologie der Photomasken berücksichtigt, um die Herstellbarkeit der Photomaske mit den Hilfsstrukturmerkmalen sicherstellen zu können.

Besonders vorteilhaft erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren bei der Verwendung zur Herstellung einer Photomaske, wobei sämtliche optimierte Basismuster abgespeichert werden, um ein optimiertes Muster des Schaltungsentwurfs zu bilden und nachfolgend das abgespeicherte Muster auf eine Maske übertragen wird.

Gemäß dieser Vorgehensweise lassen sich die bestimmten OPC-Strukturen oder Hilfsstrukturmerkmale bei allen Arten von Masken einsetzten, so z.B. bei binären Masken, die ein transparentes Maskensubstrat und eine absorbierende (Schwarz-) Chromschicht umfassen, bei alternierenden Phasenschiebermasken, bei CPL-Masken oder bei Tri-Tone-Masken.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 ein Belichtungsgerät in einer schematischen Querschnittsansicht zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

2 schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Flussdiagramms;

3 schematisch in einer Draufsicht ein Muster eines Schaltungsentwurfs bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

4 schematisch in einer Draufsicht ein Ausschnitt eines Schaltungsentwurfs bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und

5 ein Diagramm einer Intensitätsverteilung bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden für eine Optimierung der Geometrie von Strukturelementen eines Musters eines Schaltungsentwurfs zur Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen beschrieben. Dabei wird beispielhaft die Anwendung des Verfahrens für eine Kontaktlochebene des Schaltungsentwurfs erläutert. Die Erfindung ist aber auch auf andere Schaltungsebenen unterschiedlicher Funktionalität anwendbar. Es ist aber auch denkbar, die Erfindung bei der lithographischen Strukturierung von Schichten von anderen Halbleiterbausteinen, beispielsweise bei der Herstellung von Lo gikschaltkreisen, Speicherbausteinen mit wahlfreiem Zugriff (DRAM) oder ähnlichem, einzusetzen.
In 1 ist in einer schematischen Querschnittsansicht der Aufbau eines Belichtungsgeräts oder Projektionsapparats 5 gezeigt. Der Projektionsapparat 5 umfasst einen beweglichen Substrathalter 12. Auf dem Substrathalter 12 ist ein Halbleiterwafer 10 abgelegt, auf den auf einer Vorderseite eine Resistschicht 14 beispielsweise durch Aufschleudern aufgebracht ist.
Der Projektionsapparat 5 umfasst weiter eine Lichtquelle 16, die über dem Substrathalter 12 angeordnet ist und geeignet ist, Licht beispielsweise mit einer Wellenlänge von 248 nm, 193 nm oder 157 nm abzustrahlen. Das von der Lichtquelle 16 abgestrahlte Licht wird durch ein Projektionsobjektiv 20 auf die Oberfläche des Halbleiterwafers 10 projiziert.
Zwischen der Lichtquelle 16 und dem Projektionsobjektiv 20 ist ein Reticle 18 angebracht, das mit dem Muster 22 von Strukturelementen 24 versehen ist. Bei einem Wafer-Scanner ist ein Belichtungsschlitz zwischen dem Reticle 18 und dem Projektionsobjektiv 20 angebracht (nicht in 1 gezeigt). Durch die Steuerung des Substrathalters 12 wird die Vorderseite des Halbleiterwafers 10 sukzessive in einzelnen Belichtungsfeldern strukturiert.
Für das Muster wird beispielsweise ein Schaltungsentwurf bereitgestellt, der eine Kontaktlochebene mit kleinsten Abmessungen von 100 nm oder weniger aufweist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden als Teil eines OPC-Prozessflusses für die Berechnung von OPC-Strukturen für die Kontaktlochebene eines Schaltungsmusters erläutert. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich aber auch für andere Berechnungen, die eine Simulation eines großflächigen mit vielen sich wiederholenden Strukturelementen versehenen Schaltungsmusters erfordern.
In 2 ist in einem Flussdiagramm eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
Im Schritt 100 erfolgt das Bereitstellen des in einem Layoutprogramm in elektronischer Form gespeicherten Musters 22 des Schaltungsentwurfs. Das Muster 22 umfasst in diesem Beispiel die Kontaktlochebene, die eine Vielzahl von beispielsweise quadratischen Strukturelementen 24 aufweist.
Ein Beispiel dieses Musters 22 ist schematisch in 3 gezeigt. Die einzelnen Strukturelemente 24 sind als quadratische Öffnungen gebildet. Üblicherweise entstammt dieser Schaltungsentwurf einem hierarchischen Aufbau aus einzelnen Zellen 26, die in 2 als gestrichelte Linien angedeutet sind. Man erkennt, dass Strukturelemente 24 benachbarter, eigentlich bis auf eine Spiegelung um eine vertikale Symmetrieachse identischer Zellen 26' und 26'' sich im Falle der Projektion mit dem Projektionsapparat 5 beeinflussen würden. Demgemäß ist es erforderlich, nicht nur einzelne Zellen 26 bei der Bestimmung von OPC-Strukturen zu berücksichtigen, sondern den gesamten Schaltungsentwurf zu analysieren.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der 2 sind die Strukturelemente 24 des Musters 22 als quadratische Öffnungen gezeigt, bei denen eine direkte Zuordnung zwischen dem im Falle der lithographischen Projektion zu erzielenden Muster auf der Resistschicht 14 des Halbleiterwafers 10 gegeben ist. Jedes der gezeigten Strukturelemente 24 sollte bei der Strukturierung eine entsprechende Öffnung in der Resistschicht 14 auf dem Halbleiterwafer 10 bilden. Dazu könnte bei der lithographischen Projektion das Muster der Maske in einem Belichtungsschritt übertragen werden.
In der Technik sind aber auch andere Lithographiekonzepte bekannt, die zum Beispiel mehrere Belichtungsschritte erfordern. Dabei werden einerseits Mehrfachbelichtungen von unterschiedlichen Mustern 22 auf verschiedenen Photomasken 18 durchgeführt. Zum anderen werden aber auch Belichtungen bei unterschiedlichen Belichtungseinstellungen mit nur einer einzigen Photomaske 18 für einen entsprechenden Strukturierungsschritt ausgeführt, wie beispielsweise einer Belichtungstechnik, die mehrere unterschiedliche Tiefenschärfeeinstellungen des Belichtungsgeräts 5 verwendet. Darüber hinaus ist es aber auch denkbar, das ein Muster 22 bereitgestellt wird, das keine unmittelbare Zuordnung eines Strukturelements des Musters auf der Maske mit dem Abbild auf der Resistschicht ermöglicht. Dies wird beispielsweise bei Photomasken angewendet, deren Abbild durch Überlagerung verschiedener Beiträge ähnlich eines Hologramms gebildet werden. Diese Photomasken weisen beispielsweise eine Maskenstruktur wie eine Fresnel-Linse auf. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann für alle oben genannte und auch weitere, dem kundigen Fachmann geläufigen Lithographiekonzepte angewendet werden, wobei die nachfolgende, auf eine einzelne Kontaktlochebene beispielhaft beschriebene Ausführungsform nicht einschränkend zu verstehen ist.
Gemäß dieser Ausführungsform wird im Schritt 102 eine Vielzahl von Basismustern bereitgestellt. Jedes Basismuster umfasst eine bestimmte Anzahl von Strukturelementen 24 in einer bestimmten Anordnung als Geometrieprimitive. Unter Geometrie primitive ist in diesem Zusammenhang die geometrische Anordnung der Strukturelemente 24 zu verstehen, die beispielsweise anhand der die Strukturelemente 24 umschließenden Außenlinie bestimmt wird. Die Außenlinie kann beispielsweise ein Basismuster in Form eines Rechtecks, eines Quadrats oder allgemein eines Polygons mit einem oder mehreren Strukturelementen 24 umschließen.
Dazu wird zunächst das gesamte Muster 22 von Strukturelementen 24 nach sich wiederholenden Teilen durchsucht, wobei für jedes Basismuster ein Umgebungsfenster definiert wird, das frei von anderen Strukturelementen sein muss. So sind in 3 die Basismuster 30 und 32 als wiederholende Muster erkannt worden. Die Basismuster werden beispielsweise mit Hilfe eines speziellen Programms mit einer Datenverarbeitungsanlage bestimmt und anschließend in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert.
Bei kleineren Schaltungsentwürfen ist es auch möglich, diesen Schritt des Erstellens der Basismuster manuell durchzuführen, beispielsweise von einem Layoutingenieur.
Im nächsten Schritt 104 werden die vorbestimmten Basismuster für eine Zerlegung des Musters 22 des Schaltungsentwurfs herangezogen. Dazu werden die anfänglich bereitgestellten Basismuster 30 und 32 sukzessive auf den Schaltungsentwurf angewandt. Für jedes Basismuster werden zunächst die Außenabmessung des Basismusters bestimmt, um einen Arbeitsbereich festzulegen. Anschließend wird ein Umgebungsbereich definiert, der den Arbeitsbereich vollständig umgibt. Der Umgebungsbereich wird dabei so gewählt, dass Strukturelemente außerhalb des Umgebungsbereichs im Falle einer lithographischen Projektion das im Arbeitsbereich liegende Basismuster nicht beeinflussen.
Dies ist in 4 nochmals genauer gezeigt. In 4 sind beispielhaft Anordnungen 44, 46, 48, 50 von Strukturelementen 24 gezeigt. Das Basismuster 30 entspricht der Anordnung 44, die innerhalb des Arbeitsbereichs 40 liegt. Der Umgebungsbereich 42 erstreckt sich als rechteckiges Fenster um das Basismuster 30. Das Strukturelement 44 liegt außerhalb des Umgebungsbereichs 42. Folglich wird dieses Strukturelement 24' im Falle einer lithographischen Projektion das im Arbeitsbereich 42 liegende Basismuster 30 nicht beeinflussen.
Zur Zerlegung des Schaltungsentwurfs wird das Basismuster mit Teilen des Musters der Vielzahl von Strukturelementen im Arbeitsbereich verglichen. Anschließend wird untersucht, ob weitere Strukturelemente im Umgebungsbereich liegen. In 2 werden folglich die Basismuster 30 und 32 den dort im oberen Teil des Schaltungsentwurfs liegenden Strukturelementen zugewiesen.
Diejenigen Teile des Musters der Vielzahl von Strukturelementen, bei denen eine Übereinstimmung mit dem Basismuster vorliegt, werden klassifiziert, indem gefundene Teile im Schaltungsentwurf markiert oder entfernt werden.
Die Markierung kann beispielsweise mittels eines individuellen Zahlenwerts oder mittels einer Hash-Funktion erfolgen, bei der jedem Basismuster eine eindeutige Zahl zugeordnet wird, was insbesondere bei sehr vielen Basismustern das spätere Zuordnen erleichtert.
Im Falle einer fehlenden Übereinstimmung wird anschließend jedes Basismuster einer geometrischen Transformation unterzogen. Nachfolgend wird erneut der nichtklassifizierte Teil des Schaltungsentwurfs mit dem anhand der geometrischen Transformation gebildeten Basismuster verglichen. Die geometrische Transformation kann eine Spiegelung des Basismusters an einer Symmetrieachse oder eine Drehung um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 90°, sein. Somit wird im Ausführungsbeispiel gemäß 3 das Basismuster 32', das aus einer Drehung des Basismusters 32 hervorgegangen ist, dem im mittleren, im unteren Bereich des Schaltungsentwurfs liegenden Teil des Musters zugewiesen.
Anschließend wird im Schritt 106 der verbliebene Teil des im vorherigen Schritt 104 nicht klassifizierten Musters einem oder mehreren weiteren Basismustern zugeordnet, um ein vollständig klassifiziertes Muster des Schaltungsentwurfs zu erhalten. Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird folglich das Basismuster 34 gebildet und den im unteren linken Bereich liegenden Strukturelementen zugeordnet.
Nachfolgend wird im Schritt 108 eine Vorschrift zur Optimierung der Geometrie die Strukturelemente 24 der Basismuster 30, 32, 32' und 34 angewendet.
Dazu werden die Strukturelemente 24 zur OPC-Korrektur gezielt verändert, indem für die Strukturelemente 24 OPC-Strukturen berechnet werden.
Um die anzuwendende gezielte Veränderung der Strukturelemente 24 bestimmen zu können, wird üblicherweise das Muster des Schaltungsentwurfs während der photolithographischen Projektion auf die Resistschicht 14 mit einem Simulationsprogramm berechnet. Die Auswahl bzw. Bestimmung von Größe und Form der OPC-Strukturen ist selbst nicht Gegenstand der Erfindung.
Zur Bestimmung von OPC-Strukturen können alle eingangs erwähnten Verfahren angewendet werden, so z.B. das Bestimmen der OPC-Strukturen durch Optimieren der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente 24 jedes Basismusters 30, 32, 32' oder 34. Weiter kann das Bestimmen der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente 24 jedes Basismusters 30, 32, 32', 34 mit einer regelbasierten oder einer modellbasierten OPC-Optimierung erfolgen.
Besonders vorteilhaft erweist sich das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel, wenn das Bestimmen der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente jedes Basismusters 30, 32, 32', 34 als ein numerisches Optimierungsproblem einer Abbildung im Falle einer lithographischen Projektion mit dem Projektionsapparat 5 beschrieben wird, um die Optimierung zur Veränderung der Geometrie der Strukturelemente 24 jedes Basismusters 30, 32, 32'. oder 34 durchzuführen. Dazu wird beispielsweise die Geometrie der Strukturelemente 24 und die Belichtungsbedingungen der Belichtungsquelle 16 gleichzeitig optimiert, wie im Dokument von A. Rosenbluth gezeigt ist. Zur Auswahl der Belichtungsbedingungen der Belichtungsquelle 16 wird beispielsweise eine entsprechende Pupillenblende berechnet.
Andererseits können auch Intensitätsverteilungen der Interferenzmuster zur gleichzeitigen Optimierung von Geometrie der Strukturelemente und der Belichtungsbedingungen der Belichtungsquelle 16 des Projektionsapparats 5 verwendet werden, wie in der Druckschrift von R. Socha beschrieben ist. Es ist auch denkbar, eine analytische Optimierungsfunktion zu benutzen, die die gewichteten Beiträge einer Linienbreitenabwei chung, einer Steigung von Intensitätsverläufen, Lichtbeugungen höherer Ordnung und der Gesamtzahl der Strukturelemente 24 des jeweiligen Basismusters 30, 32, 32' oder 34 umfasst, um eine nicht-analytische globale Optimierung mittels genetischer Algorithmen durchzuführen. Diese Vorgehensweise wurde in der Veröffentlichung von A. Erdmann beschrieben.
Generell lassen sich gemäß der Erfindung alle möglichen OPC-Simulationen anwenden, wobei aufgrund der Zerlegung des Schaltungsentwurfs in einzelne Basismuster eine Berechnung der OPC-Strukturen mit geringer Rechenzeit möglich ist.
Gemäß der Erfindung ist es auch möglich, auf verschiedenen Algorithmen oder Modellen basierende OPC-Simulationen auf unterschiedliche Bereiche des Schaltungsentwurfs anzuwenden. Dazu wird das Muster 22 des Schaltungsentwurfs in zwei oder mehr Bereiche aufgeteilt. Die Aufteilung kann beispielsweise nach einer Unterscheidung in ein kritisches (d.h. beispielsweise nahe der Auflösungsgrenze des Projektionsapparats 5 liegendes) Muster eines Teils des Schaltungsentwurfs und ein für den entsprechenden Lithographieschritt weniger kritisches Muster eines Teils des Schaltungsentwurfs erfolgen. Für den unkritischen Teil des Schaltungsentwurfs kann dann eine OPC-Korrektur nach einem der gängigen Konzepte durchgeführt werden, während der kritische Teil mit oben genannten neuartigen OPC-Modellen bearbeitet wird.
Im Schritt 110 erfolgt das Einfügen der optimierten Basismuster in den Schaltungsentwurf, um eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften bei der Übertragung des Musters des Schaltungsentwurfs auf einen Halbleiterwafer im Falle einer lithographischen Projektion zu erreichen.
Beim bisherigen Ausführungsbeispiel wurde die Zerlegung des Schaltungsentwurfs in einzelne Basismuster durchgeführt, um anschließend OPC-Strukturen zu bestimmen. Gemäß der Erfindung ist es aber auch möglich, nichtabbildende Hilfsstrukturen zu bestimmen, die üblicherweise nicht im Rahmen einer OPC-Modellierung berechnet werden.
Nichtabbildende Hilfsstrukturen tragen zur Erzeugung des gewünschten Abbilds bei. Unter Umständen sind die nichtabbildenden Hilfsstrukturen aber nicht direkt einem Abbild zuzuordnen. Das eigentliche Abbild am Ort der Resistschicht 14 entsteht im Falle der lithographischen Projektion durch Interferenz aller abbildenden Strukturen.
Dazu wird zunächst ein Simulationsprogramm der optischen Abbildung im Falle der lithographischen Projektion mit dem Projektionsapparat 5 auf die auf dem Halbleiterwafer 10 aufgebrachte Resistschicht 14 bereitgestellt. Dazu können beispielsweise die oben erwähnten Simulationsprogramme oder ein anderes geeignetes Simulationsprogramm verwendet werden.
Nachfolgend wird das Simulationsprogramm der optischen Abbildung für jedes der Basismuster 30, 32, 32', 34 angewendet, um ein Luftbild am Ort der Resistschicht 14 zu bestimmen. Aus dem Luftbild wird für jedes Basismuster 30, 32, 32', 34 ein Intensitätsverlauf berechnet.
Ein Beispiel dieses Simulationsergebnisses ist in 5 als Intensitätsverlauf 70 in Abhängigkeit von der Position X auf dem Halbleiterwafer 10 gezeigt. Aufgrund der Anordnung der Strukturelemente 24 ergeben sich Bereiche 72, die dunkel abgebildet werden sollen. Dazu muss die Lichtintensität unterhalb einer bestimmten Schwelle I_dark liegen, um keine Struk turen auf der Resistschicht 14 zu hinterlassen. Ebenso ergeben sich weitere Bereiche 74, die hell abgebildet werden sollen, wobei dort die Lichtintensität oberhalb einer bestimmten Schwelle I_bright liegen soll. Außerdem können Positionen 76 definiert werden, in denen die Lichtintensität einen bestimmten Wert I_target aufweisen soll.
Um festzustellen, ob die Lichtintensität diese Bedingungen in Abhängigkeit der Lage der Strukturelemente 24 des Basismusters erfüllt, wird der Intensitätsverlauf 70 mit den Strukturelementen 24 des Basismusters verglichen. Falls diese Bedingungen nicht erfüllt sind, werden im Folgenden Hilfsstrukturelemente bereitgestellt. Die nichtabbildenden Hilfsstrukturen werden hinsichtlich der Abmessungen und der Position in bezug auf das zugehörige Strukturelement des Basismusters optimiert, um die genannten Bedingungen zu erfüllen. Anschließend werden die optimierten nichtabbildenden Hilfsstrukturen in das Basismuster eingefügt. Im Ergebnis werden nun dunkel abzubildende Bereiche unterhalb einer Schwelle, hell abzubildende Bereiche oberhalb einer bestimmten Schwelle und Positionen mit einem vorgegebenen Intensitätswert mit diesem Wert abgebildet.
Darüber hinaus ist es auch möglich, die nichtabbildenden Hilfsstrukturen als Funktion einer Intensitätsschwankung, einer Defokusaberration in dem Projektionsapparat 5 oder einer Variation der Schwankungen der Maskengeometrie der Photomaske 28 bzw. bezüglich ihrer Mindestgröße oder ihres Mindestabstands zu Strukturelementen zu bestimmen. Damit lassen sich Schwankungen bei der Herstellung der Photomaske 18, den Belichtungsbedingungen im Projektionsapparat 5 oder Randbedingungen bei der Herstellung der Photomaske 18 berücksichtigen.
Diese Vorgehensweise der Bestimmung von nichtabbildenden Hilfsstrukturen kann auch mit dem Bestimmen von OPC-Strukturen kombiniert werden. Dazu können beispielsweise Fehlervektoren für jedes Strukturelement 24 des Basismusters 30, 32, 32' oder 34 berechnet werden. Diese können aufgrund eines Vergleichs des Intensitätsverlaufs 70 mit den Strukturelementen 24 des jeweiligen Basismusters bestimmt werden. Im Ergebnis erhält man einen Fehlerabstand und einen Fehlergradienten, der zur Optimierung der Geometrie der Strukturelemente des Basismusters herangezogen werden kann.

5: Projektionsapparat
10: Halbleiterwafer
12: Substrathalter
14: Resistschicht
16: Lichtquelle
18: Reticle
20: Projektionsobjektiv
22: Muster
24: Strukturelement
26: Zelle
26': Zelle
26'': Zelle
30: Basismuster
32: Basismuster
32': Basismuster
34: Basismuster
40: Arbeitsbereich
42: Umgebungsbereich
44: Anordnung von Strukturelementen
46: Anordnung von Strukturelementen
48: Anordnung von Strukturelementen
50: Anordnung von Strukturelementen
70: Intensitätsverlauf
72: dunkel abbildender Bereich
74: hell abbildender Bereich
76: Position
100–110: Verfahrensschritte

Claims

Verfahren zur Optimierung der Geometrie von Strukturelementen eines Musters (22) eines Schaltungsentwurfs für eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: – Bereitstellen des elektronisch gespeicherten Musters (22) des Schaltungsentwurfs, wobei das Muster (22) eine Vielzahl von Strukturelementen umfasst; – Bereitstellen einer Vielzahl von Basismustern, wobei jedes Basismuster (30) eine bestimmte Anzahl von Strukturelementen in einer bestimmten Anordnung als Geometrieprimitive umfasst; – Iteratives Zerlegen des Musters (22) des Schaltungsentwurfs in entsprechende Basismuster, wobei für jedes Basismuster (30) sukzessive folgende Schritte ausgeführt werden: a) Bestimmen der Außenabmessung der Geometrieprimitive des Basismusters, um einen Arbeitsbereich (40) festzulegen; b) Festlegen eines Umgebungsbereichs, der den Arbeitsbereich (40) vollständig umgibt; c) Vergleichen des Basismusters mit Teilen des Musters (22) der Vielzahl von Strukturelementen im Arbeitsbereich (40) und Untersuchen des Umgebungsbereichs, um zu bestimmen, ob weitere Strukturelemente (24) im Umgebungsbereich (42) liegen; und d) Klassifizieren derjenigen Teile des Musters (22) der Vielzahl von Strukturelementen, bei denen eine Übereinstimmung mit dem Basismuster (30) vorliegt und keine Strukturelemente (24) im Umgebungsfenster liegen, die im Falle einer lithographischen Projektion den im Arbeitsbereich (40) liegenden Teil des Musters (22) beeinflussen; – Bestimmen weiterer Basismuster (30) anhand derjenigen Teile des Musters, die im vorigen Schritt nicht klassifiziert wurden, um ein vollständig klassifiziertes Muster (22) des Schaltungsentwurfs zu erhalten; – Anwenden einer Vorschrift zur Optimierung der Geometrie der Strukturelemente (24) des Basismusters; und – Einfügen der optimierten Basismuster (30) in den Schaltungsentwurf, um eine Verbesserung der optischen Abbildungseigenschaften bei der Übertragung des Musters (22) des Schaltungsentwurfs auf einen Halbleiterwafer im Falle einer lithographischen Projektion zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Bereitstellens des elektronisch gespeicherten Musters (22) des Schaltungsentwurfs umfasst, dass die Strukturelemente des Musters Geometrieelemente einer Photomaske für Ein- oder Mehrfachbelichtungen oder Strukturelemente mehrerer Masken umfassen, die in sukzessiven Belichtungen im Falle einer lithographischen Projektion sich zu einem Gesamtbild überlagern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem der Schritt des Bereitstellens der Basismuster (30) folgendes umfasst: – Suchen von sich im gesamten Muster (22) von Strukturelementen wiederholenden Teilen des Musters; und – Erstellen von Basismustern anhand der sich wiederholenden Teile des Musters.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt des Erstellens von Basismustern anhand von Regeln durchgeführt wird, die in einem Programm in einer Datenverarbeitungsanlage gespeichert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Schritt des Vergleichens des Basismusters mit Teilen des Musters (22) der Vielzahl von Strukturelementen im Arbeitsbereich (40) umfasst, dass im Falle einer fehlenden Übereinstimmung das Basismuster (30) einer geometrischen Transformation unterzogen wird, wobei nachfolgend der Schritt des Vergleichens erneut mit dem anhand der geometrischen Transformation gebildeten Basismuster (30) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die geometrische Transformation eine Spiegelung des Basismusters an einer Symmetrieachse oder eine Drehung um einen vorherbestimmten Winkel umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die geometrische Transformation die Drehung um einen Winkel von 90° umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schritt des Klassifizierens der Teile des Musters (22) der Vielzahl von Strukturelementen umfasst, dass die im Falle einer Übereinstimmung mit dem Basismuster (30) gefundenen Teile im Schaltungsentwurf markiert werden.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Markierung mittels einer Hash-Funktion erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Schritt des Klassifizierens der Teile des Musters (22) der Vielzahl von Strukturelementen umfasst, dass die im Falle einer Übereinstimmung mit dem Basismuster (30) gefundenen Teile im Schaltungsentwurf entfernt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem der Schritt des Bereitstellens des elektronisch gespeicherten Musters (22) des Schaltungsentwurfs umfasst, dass die Strukturelemente (24) des Musters (22) jeweils Kontaktlochöffnungen für eine integrierte Schaltung repräsentieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem der Schritt des Bereitstellens des elektronisch gespeicherten Musters (22) des Schaltungsentwurfs umfasst, dass die Strukturelemente (24) des Musters (22) sich wiederholend angeordnet werden und eine Schicht einer integrierten Schaltung repräsentieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem beim Schritt des iterativen Zerlegens des Musters (22) des Schaltungsentwurfs für jedes Basismuster (30) die Arbeitsbereiche so festgelegt werden, dass sich die Arbeitsbereiche für alle mit einem Basismuster (30) übereinstimmende Teile des Schaltungsentwurfs nicht überlappen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem beim Schritt des Festlegens des Umgebungsbereichs, der Umgebungsbereich (42) so gewählt wird, dass sich außerhalb des Umgebungsbereichs befindende Strukturelemente (24) im Falle einer lithographischen Projektion keinen Einfluss auf die Abbildungseigenschaften der Strukturelemente (24) innerhalb des Arbeitsbereichs haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Schritt des Anwendens einer Vorschrift zur Verbesserung der Übertragung des Musters (22) des Schaltungsentwurfs auf einen Halbleiterwafer im Falle einer lithographischen Projektion umfasst, dass OPC-Strukturen, Hilfsstrukturen oder Hilfsstrukturen und OPC-Strukturen bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das Bestimmen der OPC-Strukturen das Optimieren der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente (24) jedes Basismusters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Bestimmen der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente (24) jedes Basismusters mit einer regelbasierten OPC-Optimierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Bestimmen der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente (24) jedes Basismusters mit einer modellbasierten OPC-Optimierung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Bestimmen der strukturgebenden Kanten der Strukturelemente (24) jedes Basismusters als ein numerisches Optimierungsproblem einer Abbildung im Falle einer lithographischen Projektion beschrieben wird, um die Optimierung zur Veränderung der Geometrie der Strukturelemente (24) jedes Basismusters durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das numerische Optimierungsproblem der Abbildung die Verwendung genetischer Algorithmen zur gleichzeitigen Optimierung der Geometrie der Strukturelemente (24) und der Bedingungen einer Belichtungsquelle umfasst, indem eine entsprechende Pupillenblende berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das numerische Optimierungsproblem der Abbildung die Verwendung von Intensitätsverteilungen der Interferenzmuster zur gleichzeitigen Opti mierung von Geometrie der Strukturelemente (24) und der Belichtungsbedingungen einer Belichtungsquelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem das numerische Optimierungsproblem der Abbildung die Verwendung einer analytischen Optimierungsfunktion umfasst, die die gewichteten Beiträge einer Linienbreitenabweichung, einer Steigung von Intensitätsverläufen, Lichtbeugungen höherer Ordnung und der Gesamtzahl der Strukturelemente (24) des jeweiligen Basismusters umfasst, um eine nicht-analytische globale Optimierung durchzuführen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei dem darüber hinaus die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Bereitstellen eines Simulationsprogramms der optischen Abbildung im Falle einer lithographischen Projektion auf eine auf einem Halbleiterwafer aufgebrachte Resistschicht; – Anwenden des Simulationsprogramms der optischen Abbildung für jedes der Basismuster, um einen Intensitätsverlauf eines Luftbilds für die Resistschicht zu bestimmen; – Vergleichen des Intensitätsverlaufs mit den Strukturelementen des Basismusters, um festzustellen, ob in dunkel abzubildenden Bereichen die Intensität unterhalb einer bestimmten Schwelle liegt, wobei in Bereichen, die oberhalb der Schwelle liegen, Hilfsstrukturelemente eingefügt werden; – Bereitstellen von nichtabbildenden Hilfsstrukturen für jedes Strukturelement (24) des Basismusters, dessen Intensitätsverlauf oberhalb der Schwelle liegt; – Vergleichen des Intensitätsverlaufs mit den Strukturelementen des Basismusters, um festzustellen, ob in hell abzubildenden Bereichen die Intensität oberhalb einer bestimmten Schwelle liegt, wobei in Bereichen, die unterhalb der Schwelle liegen, Hilfsstrukturelemente eingefügt werden; – Bereitstellen von weiteren nichtabbildenden Hilfsstrukturen für jedes Strukturelement (24) des Basismusters, dessen Intensitätsverlauf unterhalb der Schwelle liegt; – Optimieren der nichtabbildenden Hilfsstrukturen hinsichtlich der Abmessungen und der Position in bezug auf das zugehörige Strukturelement (24) des Basismusters; und – Einfügen der optimierten nichtabbildenden Hilfsstrukturen in das Basismuster.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem der Schritt des Optimierens der Geometrie der Strukturelemente (24) des Basismusters umfasst: – Berechnen von Fehlervektoren für jedes Strukturelement (24) des Basismusters aufgrund des Vergleichs des Intensitätsverlaufs mit den Strukturelementen des Basismusters, um einen Fehlerabstand und einen Fehlergradienten zu bestimmen; und – Optimieren der Geometrie der Strukturelemente (24) des Basismusters anhand einer Minimierung der Fehlervektoren.
Verfahren nach Anspruch 24, bei dem darüber hinaus die nichtabbildenden Hilfsstrukturen als Funktion einer Intensitätsschwankung, einer Defokusaberration in einem Projektionsapparat und/oder einer Variation der herstellungsbedingten Schwankungen der Maskengeometrie einer Photomaske bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem darüber hinaus die nichtabbildenden Hilfsstrukturen bezüglich ihrer Mindestgröße oder ihres Mindestabstands zu Strukturelementen bestimmt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 26, bei dem darüber hinaus das Muster der Strukturelemente in wenigstens zwei Bereiche aufgeteilt wird, wobei jedem Teil des Musters eine eigene Vorschrift zur Verbesserung der Übertragung des Musters (22) dieses Teils des Schaltungsentwurfs auf einen Halbleiterwafer im Falle einer lithographischen Projektion zugewiesen wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 27 zur Herstellung einer Photomaske, wobei sämtliche optimierte Basismuster (30) abgespeichert werden, um ein optimiertes Muster (22) des Schaltungsentwurfs zu bilden, und nachfolgend das abgespeicherte Muster (22) auf eine Maske übertragen wird.