DE102005036892A1

DE102005036892A1 - Photolithographic illustration and transmission of complete mask layout simulation method for use in semiconductor manufacture involves joining overlapping areas by interpolation such that image of entire chip is produced

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Publication number: DE102005036892A1
Application number: DE102005036892A
Authority: DE
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Priority date: 2005-08-05
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2007-02-08

Abstract

A library of geometrical basic patterns and associated neural networks is produced. The photolithographic transmission of a complete chip is simulated by segmenting the entire mask layout. Basic patterns are obtained from the library. Diffraction coefficients or diffraction characteristic numbers for illustrating the appropriate sub-areas are calculated using current input parameters of a previously loaded neural network. The magnetic fields on the wafer are computed for each segment. Overlapping areas are joined through interpolation to compose the image of the entire chip. Independent claims are also included for the following: (1) the optical Proximity correction (OPC) of photolithographic masks; (2) the design optimization of photolithographic masks; (3) the inspection of photolithographic masks; and (4) the simulation and optimization of the complete photolithographic processes inclusive of resolution enhancement technologies (RETs).

Description

Die Strukturübertragung von der Maske auf den Wafer wird in der Halbleiterindustrie als Mikrolithographie bezeichnet. Zur Zeit ist die optische Lithographie die vorherrschende Technologie bei der Massenproduktion von integrierten Schaltungen. Die optische Lithographie, auch Photolithographie genannt, arbeitet mit Licht vom sichtbaren bis zum tiefen Ultraviolett (UV) zur Belichtung des Photoresistes auf dem Wafer. Nach der Belichtung wird der Photoresist entwickelt und es entsteht ein Reliefbild, welches für nachfolgende Strukturierungsschritte (z.B. Ätzen und Implantieren) dient.The structure transfer from the mask to the wafer is used in the semiconductor industry as Microlithography called. At the moment is the optical lithography the predominant technology in the mass production of integrated Circuits. Optical lithography, also called photolithography, works with light from the visible to the deep ultraviolet (UV) to expose the photoresist on the wafer. After the exposure the photoresist is developed and creates a relief image, which for subsequent structuring steps (e.g., etching and implanting) are used.

Für die optische Projektionslithographie wird eine Photomaske benötigt welche häufig einfach als Maske oder Reticle bezeichnet wird. Diese wird mittels Elektronenstrahl- oder Laserstrahl- Schreiben hergestellt. Eine typische Photomaske für die optische Projektionslithographie besteht aus einer Quarzglasplatte mit einer Dicke von 6 bis 8 Zoll, wobei eine Oberfläche mit einer dünnen Metallschicht (z.B. Chrom) einer Dicke von ca. 100 nm beschichtet ist. Das Schaltkreismuster wird in die Metallschicht geätzt, damit das Abbildungslicht diese Bereiche durchdringen kann. Andererseits blockieren die nichtgeätzten Bereiche die Lichttransmission. Auf diese Weise kann das Maskenmuster mittels eines optischen Projektionssystems auf den Wafer projiziert werden.For the optical Projection lithography requires a photomask which is often simple is referred to as a mask or reticle. This is done by electron beam or laser beam writing. A typical photomask for the Optical projection lithography consists of a quartz glass plate with a thickness of 6 to 8 inches, having a surface with a thin one Coated metal layer (e.g., chromium) of about 100nm thickness is. The circuit pattern is etched into the metal layer so that the imaging light can penetrate these areas. on the other hand block the unetched Areas the light transmission. In this way, the mask pattern can projected onto the wafer by means of an optical projection system become.

Die Photomaske enthält bestimmte Muster und Strukturen um ein gewünschtes Schaltkreis-Muster auf dem Wafer zu erzeugen. Ein Gerät zur Übertragung des Strukturmusters auf den Wafer wird als Stepper oder Scanner bezeichnet. Die Hauptfunktionsgruppen eines Steppers sind die Lichtquelle, die Beleuchtungsoptik, ein Pupillenfilter im Beleuchtungsstrahlengang, die Maske, die Abbildungsoptik, ein Pupillenfilter im Projektionsstrahlengang und der mit Photoresist beschichtete Wafer.The Photomask contains certain patterns and structures around a desired circuit pattern to produce on the wafer. A device for transmitting the structure pattern on the wafer is referred to as a stepper or scanner. The main functional groups a stepper are the light source, the lighting optics, a Pupil filter in the illumination beam path, the mask, the imaging optics, a pupil filter in the projection beam path and the one with photoresist coated wafers.

Das Pupillenfilter kann eine einfache kreisförmige Apertur sein. Andererseits kann es zum Zweck der Realisierung einer ausseraxialen (Off-Axis) Beleuchtung speziell geformt sein. Eine Off-Axis Beleuchtung kann z.B. eine ringförmige Beleuchtung (d.h. die Pupille besteht aus einem Ring), eine quadrupolare Beleuchtung (d.h. die Pupille besteht aus vier Öffnungen in den vier Quadranten der Pupillenebene) oder eine Dipolbeleuchtung (d.h. die Pupille besteht aus zwei gegenüberliegenden Öffnungen) sein. Nach dem Passieren der Beleuchtungspupille wird das Licht über die Beleuchtungsoptik auf die Maske gerichtet. Die Maske enthält das Schaltkreismuster, welches mittels der Projektionsoptik auf den Wafer projiziert wird.The Pupil filter can be a simple circular aperture. on the other hand it may be for the purpose of realizing an off-axis (off-axis) Lighting be specially shaped. Off-axis illumination can e.g. an annular Illumination (i.e., the pupil consists of a ring), a quadrupolar Illumination (i.e., the pupil consists of four openings in the four quadrants the pupil plane) or dipole illumination (i.e., the pupil consists of two opposite openings) be. After passing the illumination pupil, the light is transmitted through the Illumination optics directed to the mask. The mask contains the circuit pattern, which is projected onto the wafer by means of the projection optics.

Beleuchtungs- und Abbildungsoptik sind so aufeinander abgestimmt, dass eine partiell kohärente Abbildung realisiert wird. Der Grad der Kohärenz wird durch das Verhältnis von Beleuchtungsapertur zu Abbildungsapertur und damit durch die Grösse der Pupillenfilter bestimmt. Der Grad der Kohärenz bestimmt die laterale Reichweite der Interferenzfähigkeit. Diese wird auch als Kohärenzgebiet bezeichnet.lighting and imaging optics are coordinated so that a partial coherent Figure is realized. The degree of coherence is determined by the ratio of Illumination aperture to imaging aperture and thus by the size of the Pupil filter determined. The degree of coherence determines the lateral Range of interference capability. This is also called coherence area designated.

Mit kleiner werdenden Strukturen auf dem Wafer steigen die Herausforderungen an die lithographische Technik. Aufgrund der Übertragungseigenschaften des optischen Systems ist das Intensitätsbild auf dem Wafer dem Maskenlayout immer weniger ähnlich. Sehr feine Strukturen werden entweder mit geringerem Kontrast oder überhaupt nicht übertragen. Darüberhinaus werden Interferenzen zwischen benachbarten Strukturen wirksam, die innerhalb des Kohärenzgebietes liegen. Diese beeinträchtigen die Abbildung ebenfalls. Der beschriebene Effekt ist als optischer Proximity Fehler bekannt.With As structures on the wafer become smaller, the challenges rise to the lithographic technique. Due to the transmission characteristics of the optical system is the intensity image on the wafer the mask layout less and less similar. Very fine structures are either with lower contrast or at all not transferred. Furthermore Interference between neighboring structures becomes effective within the coherence area lie. These affect the picture too. The described effect is as optical Proximity error known.

Verfahren zur Verbesserung der Abbildungsqualität fasst man unter dem Begriff Resolution Enhancement Technologien ("RET") zusammen. Das sind z.B. die optische Proximity Korrektur ("OPC"), Phasen Schiebe Masken ("PSM"), Off-Axis Beleuchtung ("OAI"), Kondensor und Austrittspupillen-Filter und Mehrfachbelichtung. Viele der RET Techniken stehen in direktem Zusammenhang mit der Maske. So modifizieren z.B. PSM oder OPC die Lichtwellen, um bestimmte Abbildungseigenschaften des Projektionssystems zu kompensieren. Beide Verfahren erfordern die direkte Modifikation der Maske.method for the improvement of the picture quality one summarizes under the term Resolution Enhancement Technologies ("RET") together. These are e.g. the optical proximity correction ("OPC"), phases sliding Masks ("PSM"), off-axis lighting ("OAI"), condenser and Exit pupil filter and multiple exposure. Many of the RET techniques are directly related to the mask. To modify e.g. PSM or OPC the light waves to specific imaging properties of the projection system. Both procedures require the direct modification of the mask.

Die OPC Technik wird eingesetzt, um den optischen Proximity Effekt zu kompensieren, welcher durch Lichtinterferenzen zwischen benachbarten Strukturen verursacht wird. Dabei werden Strukturkanten definiert mit einem Offset versehen um Verschiebungen durch den Proximity Effekt auszugleichen. OPC wird auch angewendet um mittels definierter Lichtinterferenzen durch die Einführung von Hilfsstrukturen die Abbildungsqualität zu erhöhen. Das wird beispielsweise durch das definierte Hinzufügen von Hilfsstrukturen wie z.B. Scattering Bars oder Serifs erreicht.The OPC technique is used to increase the optical proximity effect compensate, which is due to light interference between adjacent Structures is caused. In this case, structural edges are defined with an offset provided by displacements by the proximity effect compensate. OPC is also applied by means of defined light interference through the introduction of auxiliary structures to increase the image quality. This will be for example through the defined addition auxiliary structures such as e.g. Scattering bars or serifs reached.

Die PSM Technik wird eingesetzt um durch eine definierte Phasenverschiebung zwischen benachbarten Strukturen die erreichbare Auflösung zu erhöhen. Das ist nur durch eine zusätzliche Strukturierung der Maske z.B. durch Ätzen der Phasenschiebestrukturen in die Quarzplatte oder die Einführung zusätzlicher Schichten wie z.B. MoSi möglich.The PSM technology is used by a defined phase shift between adjacent structures the achievable resolution increase. That's just an extra Structuring of the mask e.g. by etching the phase shift structures in the quartz plate or the introduction additional layers such as. MoSi possible.

Da zum einen die Lichtwellenlänge endlich ist und zum anderen gegenwärtige Abbildungstechniken mit Wellenlängen arbeiten, die grösser als die kleinsten Linienbreiten sind, die auf den Wafer übertragen werden, kommt es während des Abbildungsprozesses zu signifikanten Interferenz- und Beugungseffekten. Der Abbildungsprozess ist daher keine perfekte Replikation des Maskenmusters.There on the one hand, the wavelength of light finally there is, and on the other hand, current mapping techniques wavelength work, the bigger than the smallest line widths that are transmitted to the wafer be, it comes while the imaging process to significant interference and diffraction effects. The imaging process is therefore not a perfect replication of the mask pattern.

Da diese Zusammenhänge sehr komplex sind, werden Computer Simulationen zur Modellierung der zu erwartenden Ergebnisse genutzt. Diese erleichtern oder ermöglichen erst den Entwurf komplizierter Masken inklusive RET und die Bewertung der Qualität der damit gedruckten Strukturen auf dem Wafer für gegebene Prozessparameter. Es wurden physikalische Modelle als Grundlage der Simulation für fast jeden Schritt des lithographischen Prozesses entwickelt, einschliesslich der Abbildung im Stepper von der Beleuchtung bis zum Bild auf dem Wafer und der Belichtung und Entwicklung des Resists. Eine gute Übersicht über diese Modelle gibt Alfred Wong in „Optical Imaging in Projection Microlithography", SPIE Press, Bellingham WA, USA 2005, ISBN 0-8194-5829-5.There these relationships are very complex, computer simulations are used for modeling used the expected results. Make it easier or possible only the design of complicated masks including RET and the rating the quality the printed structures on the wafer for given process parameters. There were physical models as the basis of simulation for almost everyone Step of the lithographic process developed, including the picture in the stepper from the lighting to the picture on the Wafers and the exposure and development of the resist. A good overview of this Alfred Wong gives models in "Optical Imaging in Projection Microlithography ", SPIE Press, Bellingham WA, USA 2005, ISBN 0-8194-5829-5.

Darüberhinaus sind Simulationen auch sinnvoll um den lithographischen Prozess besser zu verstehen. Sie dienen daher als Basis für das Design, die Analyse und die Vorhersage der Ergebnisse des lithographischen Prozesses. Dabei wird der gesamte Prozess von der Beleuchtung über die Maske bis in den Resist analysiert und simuliert.Furthermore Simulations are also useful for the lithographic process to understand better. They therefore serve as the basis for the design, the analysis and the prediction of the results of the lithographic Process. The whole process of lighting over the Mask analyzed and simulated up to the resist.

Zum Zweck der Simulation wird das komplette Layout in rechteckige Teilgebiete unterteilt oder segmentiert. Dann werden die Luftbilder für diese Teilgebiete separat berechnet und anschliessend zum Gesamtluftbild zusammengesetzt. Um Stitiching-Fehler weitgehend zu vermeiden wird beim Segmentieren mit einer gewissen Überlappung gearbeitet. Diese Herangehensweise ist durch die endliche Fernwirkung der optischen Proximity gerechtfertigt. Die Grösse der Teilgebiete wird dabei durch Lichtwellenlänge und Kohärenzfaktor sigma bestimmt.To the Purpose of the simulation is the complete layout in rectangular subareas divided or segmented. Then the aerial photos for this Subareas calculated separately and then to the total air picture composed. To largely avoid stiching errors worked at segmentation with a certain overlap. These Approach is through the finite remote effect of the optical proximity justified. The size The subdomains are determined by light wavelength and coherence factor sigma.

Wegen der hohen Komplexität der Modelle und der grossen Menge von Design Daten (heutige VLSI-Design Daten können bis zu mehreren zehn GB pro Schicht gross sein), sind Brute-Force Rechnungen auf universellen Mikroprozessoren wenig ertragreich und sehr zeitaufwendig. Hoch spezialisierte Mainframe Computer hingegen erfordern hohe Investitionskosten und sind daher unökonomisch.Because of the high complexity the models and the large amount of design data (today's VLSI design data can up to to be several tens of GB per shift), are brute-force bills on low-cost microprocessors and very time-consuming. Highly specialized mainframe computers, however, require high investment costs and are therefore uneconomical.

Gegenwärtige Simulationstechniken arbeiten mit skalaren wellenoptischen oder physikalisch optischen Theorien (Kirchhoffbeugung) um den Abbildungsprozess zu modellieren. Aufgrund der hohen Numerischen Aperturen heutiger Stepper und Scanner hat die Polarisation des Lichtes einen wesentlichen Einfluss auf die Abbildungseigenschaften. Um diesen Prozess genauer zu modellieren müssen vektorielle Modelle verwendet werden. Mehrfachstreuungen an dicken Masken (z.B. PSM) können ebenfalls nur mit rigorosen Vektormodellen akkurat modelliert werden.Current simulation techniques work with scalar wave optical or physical optical Theories (Kirchhoffbeugung) to model the imaging process. Due to the high numerical apertures of today's steppers and scanners the polarization of the light has a significant influence on the picture properties. To model this process more accurately have to vectorial models are used. Multiple scatters on thick Masks (e.g., PSM) can also be modeled accurately only with rigorous vector models.

Im idealen Fall arbeitet die Projektionsoptik beugungsbegrenzt, d.h., die abbildenden Wellen sind sphärische Wellen. Reale Systeme sind aber nicht völlig perfekt. Die vorhandenen Restfehler (Abweichungen von der Kugelwelle) oder Aberrationen werden als unerwünschte Phasenmodulationen in der Pupillenebene abstrahiert und durch einen Satz von Zernike Koeffizienten repräsentiert.in the ideally, the projection optics operate diffraction-limited, i. the imaging waves are spherical Waves. But real systems are not completely perfect. The existing ones Residual errors (deviations from the spherical wave) or aberrations as unwanted Abstracted phase modulations in the pupil plane and by a Set of Zernike coefficients represented.

Nach dem Erreichen der Waferoberfläche, dringt das Licht in die Schichten auf dem Wafer (z.B. in die Photoresistschicht) ein. Die Wechselwirkung mit diesen Schichten wird mit Brechung, Reflexion und Interferenz beschrieben. Wichtige Faktoren welche die Lichtausbreitung beeinflussen und ebenfalls Auswirkungen auf die Bildübertragung in den Resistsind haben sind u.a. die Dicke der Resistschicht, die optischen Eigenschaften des Resists (z.B. der Brechungsindex) sowie die Eigenschaften weiterer Schichten (z.B. ein Bottom-anti-reflection-coating = BARC). Neben der Abbildung der Maske auf die Waferoberfläche bestimmen sie wesentlich das bei der Entwicklung entstehende Resistprofil.To reaching the wafer surface, the light penetrates the layers on the wafer (e.g., the photoresist layer) one. The interaction with these layers is called refraction, Reflection and interference described. Important factors which affect the light propagation and also affect the image transfer in the resists are u.a. the thickness of the resist layer, the optical properties of the resist (e.g., refractive index) as well as the properties of other layers (e.g., a bottom anti-reflection coating = BARC). Next to the image of the mask on the wafer surface determine they essentially the development of the resist profile.

Bereits heute und erst recht bei der Entwicklung zukünftiger Schaltkreisgenerationen ist es notwendig, den gesamten photolithographischen Prozess der Strukturübertragung bereits während der Entwicklung des elektrischen Entwurfs und dem daraus abgeleiteten Masken Layouts komplett durchzusimulieren. Die notwendige engere Bindung und Synergie zwischen elektrischem Design und Prozesstechnologie ist ein wichtiger Bestandteil des häufig als „Design for Manufacture" bezeichneten neuen Paradigmas in der Halbleiterindustrie.Already today, and even more in the development of future circuit generations, it is necessary to completely simulate the entire photolithographic process of the structure transfer already during the development of the electrical design and the masks layout derived from it. The necessary tighter bond and synergy between electrical design and process technology is an important asset part of what is often referred to as the "Design for Manufacture" new paradigm in the semiconductor industry.

Daher besteht ein Bedarf an Systemen und Technologien welche die Simulation des lithographischen Prozesses beschleunigen und damit die Charakterisierung und Bewertung der optischen Eigenschaften und Charakteristika sowie der Effekte und/oder der Wechselwirkungen der lithographischen Systeme und der Prozesstechniken zur Überwindung einer oder mehrerer Nachteile konventioneller Systeme und Verfahren ermöglichen.Therefore There is a need for systems and technologies which simulate accelerate the lithographic process and thus the characterization and evaluation of optical properties and characteristics as well the effects and / or the interactions of the lithographic systems and the process techniques to overcome one or more disadvantages of conventional systems and methods enable.

Es besteht ein Bedarf an Systemen und Technologien die die Verifikation, die Charakterisierung und/oder die Inspektion von RET Designs, inclusive einer detaillierten Simulation des gesamten lithographischen Prozesses erleichtern, um sicher zu stellen, dass ein RET Design die gewünschten Resultate in der gedruckten Struktur auf dem Wafer liefert.It there is a need for systems and technologies that allow verification, the characterization and / or inspection of RET designs, inclusive a detailed simulation of the entire lithographic process to make sure that a RET design is the one you want Results in the printed structure on the wafer provides.

Darüberhinaus, besteht ein Bedarf an Systemen und Technologien die schnell und genau komplette Masken oder Chip Layouts und RET Designs simulieren, charakterisieren und verifizieren und die Optimierung der photolithographischen Ausrüstung und der Prozesse erlauben (z.B. die kritische Dimension "CD", d.h., die Linienbreite der kritischen Linien in einem Schaltkreis Design, Verkürzungen von Linienenden, Kantenplatzierungsfehler und/oder Empfindlichkeit der Strukturübertragung gegenüber Prozessvariationen wie z.B. Maskenfehlern, Defokussierung, Belichtungsdosis, Numerischer Apertur, Beleuchtungsapertur und/oder Aberrationen).Furthermore, There is a need for systems and technologies that are fast and easy accurately simulate complete masks or chip layouts and RET designs, characterize and verify and optimize the photolithographic equipment and the processes allow (e.g., the critical dimension "CD", i.e., the linewidth the critical lines in a circuit design, shortenings line ends, edge placement errors, and / or sensitivity the structure transfer across from Process variations such as Mask errors, defocusing, exposure dose, Numerical aperture, illumination aperture and / or aberrations).

Gegenwärtig gibt es eine Reihe von Computer Software Techniken zur Lithographie Simulation. Zum Beispiel gibt es Simulationssoftware in welcher die physikalischen und chemischen Prozesse auf der Basis physikalischer Modelle detailliert simuliert werden. Diese Simulatoren sind extrem langsam und daher auf relativ kleine Bereiche in der Grössenordnung von wenigen Quadratmikrometern des Chip-Designs limitiert.. (z.B., "SOLID-C" from Sigma-C/München, Deutschland und "Prolith" von KLA-Tencor/San Jose, Calif., USA).Currently there There are a number of computer software techniques for lithography simulation. For example, there is simulation software in which the physical and chemical processes based on physical models be simulated. These simulators are extremely slow and therefore on relatively small areas of the order of a few square microns of the chip design .. (e.g., "SOLID-C" from Sigma-C / Munich, Germany and "Prolith" from KLA-Tencor / San Jose, Calif., USA).

Schnellere Simulatoren verwenden empirische Modelle, welche mit experimentellen Daten kalibriert werden (z.B. "Calibre" von Mentor-Graphics, Wilsonville, Oreg., USA). Eine analoge Methode wird zum Beispiel in DE 197 47 773 A1 vorgeschlagen. Diese Simulatoren sind nicht sehr flexibel, da sie mit spezifischen Experimentaldaten kalibriert werden. Sie sind prinzipbedingt auch weniger genau als modellbasierte Simulatoren. Zudem betragen die Rechenzeiten für Simulationen des gesamten Chips (Full-Chip Simulation) oft mehr als zehn Stunden bis zu mehreren Tagen.Faster simulators use empirical models that are calibrated with experimental data (eg, "Caliber" by Mentor-Graphics, Wilsonville, Oreg., USA). An analogous method is used for example in DE 197 47 773 A1 proposed. These simulators are not very flexible because they are calibrated with specific experimental data. In principle, they are also less accurate than model-based simulators. In addition, the computing times for simulations of the entire chip (full-chip simulation) often amount to more than ten hours to several days.

Ein Verfahren zur Beschleunigung der Simulationen durch den Einsatz von speziellen Hardwarekomponenten (hardware accelerators) wird in US 20050076322 A1 „System and method for lithography simulation" vorgeschlagen. Diese sollen die Mehrheit rechenintensiver Operationen zu übernehmen. So wird in der genannten Patentschrift vorgeschlagen, das Maskenbild in Pixel zu diskretisieren und aus diesen Bitmaps mittels einer schnellen Fouriertransformation (FFT) das Luftbild zu berechnen. Diese Lösung ist schneller als eine softwaremässige Berechnung der FFT. Für eine Full-Chip Simulation ist der Geschwindigkeitsgewinn aber nicht ausreichend. Desweiteren ist die Fouriertransformation nicht der rechenintensivste Anteil von vektoriellen Beugungs-Solvern. So werden beispielsweise in der RCWA (Rigorous Coupled Wave Approach) die gekoppelten Differentialgleichungssysteme mittels einer Eigenzerlegung diagonalisiert, für welche der Computation Count proportional zu n³ im Vergleich zu n·log(n) für die FFT ist (n = Grösse der Matritzen). Zudem sind teure Spezialschaltkreise oder Baugruppen, welche gemäss o.g. Patent die speziellen Hardwarekomponenten enthalten, unökonomisch.A method for accelerating the simulations by the use of special hardware components (hardware accelerators) is proposed in US 20050076322 A1 "System and method for lithography simulation." These are intended to take over the majority of computationally intensive operations This solution is faster than a software calculation of the FFT, but for a full-chip simulation the speed gain is not sufficient computationally intensive portion of vectorial diffraction solvers. for example, in the RCWA (Rigorous coupled Wave approach), the coupled systems of differential equations diagonalized by means of a self-decomposition, for which the computation count is proportional to n ³ in comparison to n * log (n) f for the FFT is (n = size of the matrices). In addition, expensive special circuits or assemblies, which contain the special hardware components according to the above patent, uneconomical.

Bei einfachen Chrommasken handelt es sich bekanntermassen um zeidimensionale Layouts mit einer bestimmten Dicke (Chromschicht). Phasenschiebemasken bringen zusätzliche Komplexität in der dritten Dimension. Diese kann jedoch durch die Unterteilung der Maske in mehrere Ebenen oder Slices wie in der RCWA auf ein zweidimensionales Problem zurückgeführt werden. Analoges trifft zu für Maskenstrukturen mit Kanten, die von 90 Grad abweichen. Hierbei wird das Profil in mehrere Schichten oder Slices mit senkrechtem Profil zerlegt (Treppenstufenapproximation). Das Beugungsproblem wird dann für jede Schicht mittels Diagonalisierung separat gelöst und die entstehenden Matrizen (t-Matrizen) werden gemäss dem S-Matrix Schema rekursiv aneinander gekoppelt. Eine genaue Beschreibung der RCWA bzw. MMFE und der rekursiven Kopplungsschemen wird in Lifeng Li: „Formulation and comparison of two recursive matrix algorithms for modeling layered diffraction gratings", J. Opt. Soc. Am. A 13 (1996) S. 1024–1035 gegeben.at Simple chrome masks are known to be one-dimensional Layouts with a certain thickness (chrome layer). Phase shift masks bring extra complexity in the third dimension. However, this can be done by subdivision the mask into multiple levels or slices as in the RCWA on two-dimensional problem can be attributed. The same applies to Mask structures with edges that deviate from 90 degrees. in this connection The profile is split into several layers or slices with a vertical profile disassembled (step-step approximation). The diffraction problem then becomes for every Layer separated by diagonalization separately and the resulting matrices (t-matrices) are according to the S-matrix scheme recursively coupled to each other. A detailed description the RCWA or MMFE and the recursive coupling schemes is in Lifeng Li: "Formulation and comparison of two recursive matrix algorithms for modeling layered diffraction gratings ", J. Opt. Soc. At the. A 13 (1996) pp. 1024-1035.

Modelle und Verfahren zur vektoriellen Beugung an zweidimensionalen (2D) Strukturen im beschriebenen Sinn sind wesentlich rechenintensiver als Verfahren für eindimensionale (1D) Strukturen (d.h. Liniengitter). In der RCWA bestimmt beispielsweise die Anzahl der Rayleigh-Ordnungen die Matrixgrösse n. Die Anzahl der mitgeführten Ordnungen bestimmt die Konvergenz der Lösung und damit die Genauigkeit. Während man bei 1D Gittern 2M + 1 Ordnungen mitführen muss, sind es bei 2D-Gittern (2M + 1)². Ist also beispielsweise M = 4, dann benötigt die 2D Rechnung etwa 729 mal so viel Zeit wie die 1D Rechnung, da der computation count mit n³ skaliert! Ein Verfahren zur Nutzung dieser Tatsache wird in US 20040122636 A1 „Rapid scattering simulation of objects in imaging using edge domain decomposition" vorgestellt. Dabei wird eine komplexes 2D-Layout in eine endliche Anzahl elementarer 1D-Strukturen im obigen Sinn (also Linienstrukturen) zerlegt. Lösungen für isolierte Strukturkanten werden mit 1D-Solvern vorausberechnet und in einer Look-Up Table abgelegt. Der zu simulierende Bereich wird dann in Kanten zerlegt wobei die vorausberechneten elektromagnetischen Felder der Beugung an isolierten Kanten bei der Synthese der gebeugten Nahfelder an willkürlichen 2D-Beugungsgeometrien wiederverwendet werden. Eine fundierte theoretische Begründung für die Dekomposition der 2D- in 1D-Strukturen wird weder im o.g. Patent noch in begleitenden Publikationen gegeben. Desweiteren geht das Verfahren davon aus, dass die Beugung an Ecken viel geringer ist als an den Strukturkanten und dass es sich um isolierte Kanten handelt. Diese Voraussetzung trifft für heutige High-End und zukünftige Masken Layouts mit immer kleiner werdenden Strukturen und immer mehr zusätzlichen RET-Features auf der Maske kaum noch zu. Daher ist eine ausreichende Genauigkeit der auf diesem Verfahren basierenden Simulatoren für die universelle Anwendung nicht gegeben. Da aber gerade für Designs mit Strukturen unter 100 nm die Simulationsgenauigkeit immer höhere Priorität bekommt, ist dieser Ansatz fraglich.Models and methods for vectorial diffraction on two-dimensional (2D) structures in the sense described are much more computationally intensive than methods for one-dimensional (1D) structures (ie, linegit ter). In the RCWA, for example, the number of Rayleigh orders determines the matrix size n. The number of orders carried determines the convergence of the solution and thus the accuracy. While 1D grids require 2M + 1 orders, 2D grids (2M + 1) have ² . For example, if M = 4, then the 2D computation needs about 729 times as much time as the 1D computation because the computation count scales with n ³ ! A method for utilizing this fact is presented in US 20040122636 A1 "Rapid scattering simulation of objects in imaging using edge domain decomposition." A complex 2D layout is decomposed into a finite number of elementary 1D structures in the above sense (ie line structures). Solutions for isolated structural edges are predicted with 1D solvers and placed in a look-up table, which is then decomposed into edges, with the pre-calculated electromagnetic fields reused for diffraction at isolated edges in the synthesis of diffracted near fields at arbitrary 2D diffraction geometries A substantiated theoretical explanation for the decomposition of the 2D to 1D structures is given neither in the above-mentioned patent nor in accompanying publications.Furthermore, the method assumes that the diffraction at corners is much smaller than at the structural edges and that it is is isolated edges, this assumption t For today's high-end and future masks, layouts with ever smaller structures and more and more additional RET features on the mask are hardly applicable. Therefore, sufficient accuracy of the universal application simulators based on this method is not given. However, since simulation accuracy is becoming increasingly important for designs with sub-100 nm structures, this approach is questionable.

In der Patentschrift US 20040019872 A1 „Caching of lithography and etch simulation results" wird ein Cache mit vorberechneten Ergebnissen nach dem Simulationsergebnis für ein gegebenes geometrisches Layout Muster durchsucht. Bei erfolgreicher Suche wird das Simulationsergebnis des passenden geometrischen Musters aus dem Cache geladen und verwendet. Alternativ wird bei nicht erfolgreicher Suche das gegebene Geometriemuster simuliert und das Ergebnis wird für eine künftige Nutzung im Cache abgelegt. Das genannte Verfahren hat den Nachteil, dass selbst bei kleineren Änderungen des geometrischen Grundmuster, d.h., nur eine Linienbreite oder ein Abstand in einem komplexen Muster ändern sich mehr als eine bestimmte Toleranz, jedesmal eine neue Simulation durchgeführt werden muss. Damit müssen sehr viele Rechnungen durchgeführt werden, bevor der Cache auch nur annähernd vollständig ist. Zum anderen wird bedingt durch die Art der abgelegten Daten (z.B. Luftbild) und die grosse Variationsbreite komplexer Strukturen die Datenmenge im Cache zu gross für heute verfügbare Speicher. Ausserdem ist bei grossen Datenmengen mit grossen Suchzeiten zu rechnen. Damit ist das Verfahren maximal für eine partielle nicht aber für eine komplette Analyse oder Simulation eines Chips (full-chip) geeignet.In US Pat. No. 20040019872 A1 "Caching of lithography and etch simulation results " a cache with precalculated results after the simulation result for a Given geometric layout pattern searches. If successful Search becomes the simulation result of the matching geometric pattern loaded from the cache and used. Alternatively, if unsuccessful Search simulates the given geometry pattern and becomes the result for one future Usage stored in the cache. The mentioned method has the disadvantage that even with minor changes of the basic geometric pattern, i.e., only one line width or a distance in a complex pattern will change more than a certain one Tolerance, every time a new simulation must be performed. This must be very Many bills are done before the cache is even nearly complete. On the other hand, due to the nature of the data stored (e.g. Aerial picture) and the wide variation of complex structures Data volume in the cache too big for available today Storage. Moreover, with large amounts of data with large search times too expected. Thus, the process is maximum for a partial but not for one complete analysis or simulation of a chip (full-chip) suitable.

Aufgabe der ErfindungTask of invention

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, mit welchem die Simulation der photolithographischen Strukturübertragung von der Maske auf den Wafer durch geeignete Mittel so beschleunigt werden kann, dass eine Full-Chip Simulation und damit die Analyse, Inspektion oder Charakterisierung eines kompletten Masken Layouts unter gegebenen Prozessbedingungen mit der Genauigkeit eines rigorosen vektoriellen Beugungsmodells bei akzeptablen Rechenzeiten (Minuten bis Stunden) möglich ist. Die schnelle und akkurate Full-Chip Simulation ist wiederum Voraussetzung für komplexe Verfahren für die Design- und Prozessoptimierung wie z.B. RET oder OPC.The The object of the invention is to propose a method with which the simulation of photolithographic structure transfer be accelerated from the mask to the wafer by suitable means can that a full-chip simulation, and therefore the analysis, inspection or characterization of a complete mask layout under given Process conditions with the accuracy of a rigorous vectorial Diffraction model with acceptable computing times (minutes to hours) possible is. The fast and accurate full-chip simulation is in turn requirement for complex procedures for the design and process optimization such as RET or OPC.

Beschreibung der Erfindungdescription the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur schnellen und genauen photolithographischen Simulation eines kompletten Masken Layouts bzw. Chips. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, daß durch die beiden Teilschritte Generierung einer Musterbibliothek von Elementarzelltypen und zugehörigen neuronalen Netzwerken (offline) und photolithographische Simulation durch Berechnung der benötigten Beugungskoeffizienten oder anderer Beugungskennzahlen mittels der in der Bibliothek gespeicherten neuronalen Netze (online) gekennzeichnet ist. Das Gesamtschema des erfindungsgemässen Verfahrens mit den beiden Teilschritten wird in 1 gezeigt.The invention relates to a method for fast and accurate photolithographic simulation of a complete mask layout or chip. According to the invention, this object is achieved by a method that is characterized by the two substeps generating a pattern library of unit cell types and associated neural networks (offline) and photolithographic simulation by calculating the required diffraction coefficients or other diffraction characteristics using the stored in the library neural networks (online) , The overall scheme of the inventive method with the two sub-steps is in 1 shown.

Die beiden Teilschritte werden im folgenden näher beschrieben.The Both sub-steps are described in more detail below.

Generierung einer Bibliothek von Elementarzelltypen und zugehörigen neuronalen Netzen (NN):Generation of a library of elementary cell types and associated neural networks (NN):

Eine schematische Darstellung der Schritte zur Erzeugung der Bibliothek von Elementarzelltypen und zugehörigen neuronalen Netzen enthält die linke Hälfte von 1.A schematic representation of the steps for generating the library of unit cell types and associated neural networks contains the left half of 1 ,

Es werden alle vorhandenen und zukünftigen Masken-Layouts und/oder Strukturelemente einer oder mehrerer Technologien und/oder bereits vorhandene Design/Pattern-Bibliotheken analysiert. Das Ziel der Analyse besteht darin, einen kompletten Satz von komplexen zweidimensionalen Grundstrukturmustern (Elementarzelltypen) in der ungefähren Größe eines Kohärenzgebietes zu ermitteln, aus dem nach Spezifizierung der jeweiligen konkreten Parameter wie Strukturbreiten, Abstände, Materialien und Schichtdicken jedes beliebige relevante Masken-Layout zusammengesetzt werden kann.It will be all existing and future Mask layouts and / or structural elements of one or more technologies and / or existing design / pattern libraries. The goal of the analysis is to create a complete set of complex two - dimensional basic structure patterns (elementary cell types) in the approximate Size of one coherence area to determine from the specification of the particular concrete Parameters such as structure widths, distances, materials and layer thicknesses Any relevant mask layout can be composed.

Dieser Satz bildet die Basis der zu erstellenden Bibliothek. Jeder Elementarzelltyp dieses Satzes wird nun parametrisiert, d.h. es wird ein Satz geometrischer Parameter definiert, welcher das Element vollständig beschreibt. Anschliessend werden die Bereiche für die jeweiligen Parameter festgelegt. Das kann zum Beispiel auf der Basis der Entwurfsregeln (Design Rules) geschehen.This The sentence forms the basis of the library to be created. Each unit cell type this set is now parameterized, i. it becomes a set of geometric Defines parameters that completely describe the element. Subsequently become the areas for set the respective parameters. This can be done for example on the Based on design rules.

Basierend auf dem Parametersatz und den entsprechenden Bereichen sowie auf den technologischen Rahmenparametern wie zum Beispiel Wellenlänge, Numerische Apertur und Kohärenz wird die Struktur eines neuronalen Netzwerkes (NN), das heisst die Anzahl der Ein- und Ausgänge sowie der versteckten Schichten (hidden layers) festgelegt. Dann wird mit Hilfe eines rigorosen vektoriellen Beugungssolvers wie z.B. der RCWA oder der Finite Differenzen Methode (FDTD) ein Satz von Anlerndaten für dieses neuronale Netzwerk erzeugt. Danach wird das neuronale Netzwerk mit diesen Anlerndaten angelernt und validiert.Based on the parameter set and the corresponding areas as well as on the technological frame parameters such as wavelength, numerical Aperture and coherence becomes the structure of a neural network (NN), that is the Number of inputs and outputs as well as the hidden layers. Then is done with the help of a rigorous vectorial flexion solver e.g. the RCWA or the Finite Difference Method (FDTD) a sentence of training data for generates this neural network. After that, the neural network becomes taught and validated with these teach-in data.

Dieser Vorgang wird für jeden der Elementarzelltypen des Satzes wiederholt. Nach dem erfolgreichen Anlernen werden die NN zusammen mit den geometrischen Grundstrukturen für jeden Elementarzelltyp in einer Bibliothek abgelegt.This Operation is for repeats each of the elementary cell types of the sentence. After successful learning become the NN along with the basic geometric structures for each Element cell type stored in a library.

Bei reinen Linienstrukturen ist es aus Rechenzeitgründen vorteilhaft statt des 2D-Solvers einen 1D-Solver zu verwenden.at pure line structures, it is advantageous for computing reasons instead of the 2D solvers to use a 1D solver.

Als floatender Parameter zum Anlernen des NN kann auch der Einfallswinkel verwendet werden. Auf diese Weise wird die Simulation hoher Numerischer Aperturen vereinfacht und beschleunigt. Werden alle ausbreitungsfähigen Ordnungen erfasst, so können später beliebige Beleuchtungs- und Abbildungs-Aperturen und damit beliebige Beleuchtungsanordnungen oder Pupillenfilterungen simuliert werden. Damit wird eine flexiblere Anpassung an sich verändernde Prozessbedingungen wesentlich erleichtert.When floating parameter for teaching the NN can also be the angle of incidence be used. In this way, the simulation becomes high numerical Apertures simplified and accelerated. Become all propagatable orders recorded, so can later any lighting and imaging apertures and therefore any Lighting arrangements or pupil filters are simulated. This will make a more flexible adaptation to changing process conditions much easier.

Die Anzahl der Eingangsparameter, der Umfang und die Art der Trainingsdaten sowie die Art des Trainings bestimmen die erreichbare Genauigkeit des NN. Diese kann und sollte an die jeweiligen Prozessforderungen (Budget) angepasst werden. Gegebenenfalls kann aus Genauigkeitsgründen ein Netzwerk pro Beugungsordnung oder Beugungskennzahl angelernt und in der Bibliothek zusammen mit dem zugehörigen Elementarzelltyp archiviert werden.The Number of input parameters, the extent and type of training data as well as the type of training determine the achievable accuracy of the NN. This can and should be adapted to the respective process requirements (Budget). Optionally, for accuracy reasons a Network per diffraction order or diffraction index taught and archived in the library along with the associated elementary cell type become.

Durch Floaten des Pitch (Größe der Elementarzellen) wird die Bibliothek flexibler und kann besser an unterschiedliche Kohärenzparameter angepasst werden. Zudem kann die nachfolgend beschriebene Segmentierung, die zur Vorbereitung der eigentlichen Simulation notwendig ist, flexibler angepasst werden.By Floating the pitch (size of the unit cells) the library becomes more flexible and better at different ones coherence parameters be adjusted. In addition, the segmentation described below, which is necessary to prepare the actual simulation, be adapted more flexibly.

Der beschriebene Prozeß der Erzeugung einer Bibliothek erfolgt einmalig und offline. Er bildet die Basis für alle weiteren Simulationen z.B. während einer OPC. Es können Schaltkreis spezifische Bibliotheken der oben beschriebenen Art z.B. für Prozessoren, Logik- bzw. Speicher-IC's oder Universal-Bibliotheken für Technologien wie z.B. 193 nm oder 248 nm Lithographie (bzw. Stepper-NA) erzeugt werden. Die Generierung dieser Libraries kann auch ausserhalb der Fab z.B. in einem externen Rechenzentrum mit entsprechender Kapazität erfolgen. Bei Veränderung einer Technologie oder neuen Anforderungen werden die Bibliotheken durch Hinzufügen weiterer Elemente oder durch Löschen nicht mehr benötigter Elemente aktualisiert.Of the described process of Creation of a library takes place once and offline. He forms the basis for all other simulations e.g. during an OPC. It can circuit specific libraries of the type described above e.g. for processors, Logic or memory IC's or universal libraries for Technologies such as 193 nm or 248 nm lithography (or stepper NA) be generated. The generation of these libraries can also outside the fab e.g. in an external data center with appropriate capacity respectively. In case of change a technology or new requirements become the libraries by adding other elements or by deleting no longer needed Updated items.

Simulation der photolithographischen Strukturübertragung unter Nutzung der Bibliothek:Simulation of photolithographic structure transfer using the library:

Das Schema zur eigentlichen Simulation der photolithographischen Strukturübertragung zeigt die rechte Seite von 1.The scheme for the actual simulation of the photolithographic structure transfer shows the right side of 1 ,

Im ersten Schritt der Simulation wird das zu simulierende Chip-Layout mittels eines intelligenten Segmentierungs-Schemas derart in Substrukturen zerlegt, dass möglichst jede dieser Substrukturen einem Elementarzelltyp in der zuvor erzeugten Bibliothek entspricht und dass die Substrukturen bzw. Segmente etwa so gross wie das Kohärenzgebiet sind. Dabei ist eine Spiegelung oder Drehung der Bibliotheks-Strukturen um 90, 180 oder 270 Grad zum Zweck der Anpassung zulässig. Diese muss jedoch beim späteren Zusammenfügen der Intensitätsbilder entsprechend berücksichtigt werden.In the first step of the simulation, the chip layout to be simulated is subdivided into substructures by means of an intelligent segmentation scheme such that as far as possible each of these substructures corresponds to an elementary cell type in the previously generated library and the substructures or segments are approximately as such big as the coherence area. It is allowed to mirror or rotate the library structures 90, 180, or 270 degrees for the purpose of customization. However, this must be taken into account when later merging the intensity images.

Bei floatender Grösse der Elementarzelltypen kann auch die Segmentgrösse innerhalb der zuvor in der Bibliothek fixierten Parametergrenzen variiert werden. Eine variable Segmentgrösse kann die bibliotheksgerechte Segmentierung wesentlich erleichtern.at floating size The unit cell types can also be the segment size within the previously in the Library fixed parameter limits can be varied. A variable segment Size can greatly facilitate library-appropriate segmentation.

Nach der erfolgreichen Segmentierung werden die erhaltenen Subzellen nacheinander wie folgt prozessiert:
Das geometrische Muster der Substruktur wird mit den in der Bibliothek abgelegten Elementarzelltypen verglichen. Wird ein passendes Elementarzellmuster gefunden, dann wird das zugehörige neuronale Netzwerk aus der Bibliothek in den Abbildungssimulator geladen. Danach wird die Beugungssimulation mittels des neuronalen Netzwerkes durchgeführt, d.h., es werden die Beugungskoeffizienten oder andere Beugungskennzahlen für einen aktuellen Satz von Eingangsparametern bestimmt. Anschliessend werden daraus mit bekannten Verfahren die benötigten Resultate wie z.B. die Luftbildintensität oder die Lichtausbreitung im Photoresist berechnet.After successful segmentation, the resulting subcells are successively processed as follows:
The geometric pattern of the substructure is compared with the unit cell types stored in the library. If a matching unit cell pattern is found, then the associated neural network from the library is loaded into the imaging simulator. Thereafter, the diffraction simulation is performed by means of the neural network, ie, the diffraction coefficients or other diffraction indices are determined for a current set of input parameters. Subsequently, the required results such as the aerial image intensity or the light propagation in the photoresist are calculated therefrom by known methods.

Bei sehr grossen Numerischen Aperturen (Einfallswinkeln) kann die Beugungssimulation entweder für alle benötigten Einfallswinkel mit ein und demselben NN erfolgen. Alternativ können separate neuronale Netze für die entsprechenden Einfallswinkel oder Einfallswinkelbereiche generiert und verwendet werden.at very large numerical apertures (angles of incidence), the diffraction simulation either for everyone required Incident angle with one and the same NN done. Alternatively, separate neural networks for generates the corresponding angles of incidence or angles of incidence and used.

Der beschriebene Vorgang wird für jede Substruktur des segmentierten Layouts wiederholt. Bei sich wiederholenden oder gleichen Substrukturen werden die bereits berechneten Resultate verwendet.Of the described process is for each substructure of the segmented layout repeats. At repetitive or the same substructures become the already calculated results used.

Nachdem alle Subzellen prozessiert worden sind, wird das Gesamtresultat wie zum Beispiel das Luftbild des vollen Chips aus den Subresultaten zusammengesetzt. Dabei werden für die Überlappungsbereiche entsprechende Interpolationen oder Mittellungen durchgeführt um glatte Übergänge zu realisieren.After this all subcells have been processed, becomes the overall result such as the aerial view of the full chip from the subresults composed. It will be for the overlapping areas corresponding Interpolations or averaging performed to realize smooth transitions.

Sollte es in Einzelfällen nicht möglich sein, den Gesamtchip so zu segmentieren, dass für alle Subzellen entprechende neuronale Netze in der Bibliothek gefunden werden, dann ist entweder die Bibliothek entsprechend zu vervollständigen (siehe vorhergehender Abschnitt) oder aber die Beugungssimulation erfolgt im Ausnahmefall konventionell, dass heisst durch direkte Rechnung mit einem Beugungssolver.Should it in individual cases not possible be to segment the total chip so that it corresponds to all subcells neural networks are found in the library, then either to complete the library accordingly (see previous Section) or the diffraction simulation takes place in exceptional cases Conventionally, that means by direct calculation with a diffraction solver.

Ein Anwendungsgebiet des erfindungsgemässen Verfahrens sind alle Arten von Transmissionsmasken wie sie z.B. in der 248 nm, 193 nm oder 157 nm Technologie verwendet werden. Das umfasst reine Chrom-Masken aber auch alle Arten von komplexeren Transmissionsmasken wie zum Beispiel Phasenschiebemasken. Die grössere Komplexität letzterer muss gegebenfalls durch komplexere Elementarzelltypen mit mehreren übereinander liegenden Schichten berücksichtigt werden.One Field of application of the method according to the invention are all types of transmission masks such as e.g. in the 248 nm, 193 nm or 157 nm technology can be used. This includes pure chrome masks but also all kinds of more complex transmission masks like the Example phase shift masks. The greater complexity of the latter must be replaced by more complex unit cell types with several superimposed lying layers become.

Ein weiteres Anwendungsgebiet erfindungsgemässen Verfahrens sind reflektierende Masken wie sie zum Beispiel in der extremen UV Technologie (EUV) verwendet werden. Statt der Beugungskoeffizienten oder anderer Beugungskennzahlen in Transmission werden die neuronalen Netze für die Beugungskoeffizienten oder andere Beugungskennzahlen in Reflexion angelernt und die spätere vollständige Abbildungsrechnung wird für die entsprechende optische Konfiguration mit reflektierenden Masken und einer reflektierenden Optik (Spiegeloptik) durchgeführt.One Another field of application of the method according to the invention is reflective Masks like those in extreme UV technology (EUV) be used. Instead of the diffraction coefficients or other diffraction indices in transmission, the neural networks for the diffraction coefficients or other diffraction parameters are trained in reflection and the subsequent complete mapping calculation becomes for the corresponding optical configuration with reflective masks and a reflective optics (mirror optics) performed.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist die Vorverlagerung der rechenintensiven Schritte bei der Beugungssimulation und der damit erreichbare riesige Geschwindigkeitsgewinn bei der eigentlichen Simulation. Dabei wird der Simulationsprozess so zerlegt, dass die abzuspeichernden Datenmengen überschaubar bleiben, da im Gegensatz zur Abspeicherung der Gesamtresultate der Beugungssimulation wie z.B. der Luftbilder für die Elementarzelltypen nur die Parameter des neuronalen Netzes abgespeichert werden. Darüberhinaus ist das Verfahren gemäss der beschriebenen Erfindung viel flexibler, da sich ein Elementarzelltyp nur auf ein Muster nicht aber auf eine konkrete Geometrie bezieht. Dadurch verdichtet ein Elementarzelltyp eine grosse Menge konkreter Layout Geometrien.One An essential advantage of the invention is the forward displacement of the computationally intensive Steps in the diffraction simulation and the achievable huge Speed gain in the actual simulation. It will the simulation process is decomposed so that the data volumes to be stored remain manageable, there in contrast to the storage of the total results of the diffraction simulation such as. the aerial photos for the unit cell types only store the parameters of the neural network become. Furthermore is the method according to The invention described much more flexible, as a unit cell type referring only to a pattern but not to a concrete geometry. As a result, an elementary cell type compresses a large amount of concrete Layout geometries.

Die Merkmale der Erfindung gehen ausser aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen schutzfähige Ausführungen darstellen, für die hier Schutz beansprucht wird. The Features of the invention go beyond the claims also from the description and the drawings, the individual Features for each alone or to several in the form of sub-combinations protectable versions represent, for which claims protection here.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

AOIAOI: = Angle of Incidence (Einfallswinkel)= Angle of Incidence (Angle of incidence)
BARCBARC: = Bottom Anti-Reflective Coating= Bottom Anti-Reflective coating
CDCD: = Critical Dimension (kleinste Strukturbreite)= Critical Dimension (smallest structure width)
EUVEUV: = Extremes Ultraviolett= Extreme ultraviolet
FDTDFDTD: = Finite Difference Time Domain Method= Finite difference Time Domain Method
MMFEBMDs: = Modal Method with Fourier Expansion= Modal Method with Fourier expansion
NAN / A: = Numerische Apertur= Numerical aperture
NNNN: = Neuronales Netzwerk= Neural network
RCWARCWA: = Rigorous Coupled Wave Approach= Rigorous Coupled Wave approach

Die Erfindung wird nun an Hand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Diese sind in den Zeichnungen dargestellt. In den Zeichnungen zeigen:The The invention will now be explained in more detail with reference to two exemplary embodiments. These are shown in the drawings. In the drawings show:

1: Schema des erfindungsgemässen Verfahrens zur Maskensimulation, 1 Scheme of the inventive method for mask simulation,

2: Exemplarische Elementarzelltypen für eine Chrommaske, 2 : Exemplary elementary cell types for a chrome mask,

3: Parametrisierung eines Elementarzelltyps, 3 : Parameterization of an Elementary Cell Type,

4: Schematische Darstellung der Ein- und Ausgänge des neuronalen Netwerkes, 4 : Schematic representation of the inputs and outputs of the neural network,

5: Ausschnitt eines zu simulierenden Chrommasken Layouts, 5 : Detail of a chrome mask layout to be simulated,

6: Segmentierter Maskenausschnitt nach 5, 6 : Segmented mask section after 5 .

7: Separierte Segmente des Maskenausschnitts nach 5 und 6, 7 : Separated segments of the mask section 5 and 6 .

8: Schnitt durch eine Phasenschiebemaske mir nichtsenkrechten Strukturkanten. 8th : Cut through a phase shift mask with non-perpendicular structure edges.

Das erste Beispiel zeigt die erfindungsgemässen Verfahrensschritte zur schnellen und genauen Simulation der photolithographischen Abbildung eines kompletten Masken Layouts einer Chrommaske. Desweiteren werden die Chromkanten in diesem Beispiel als senkrecht angenommen. Die Behandlung eines dreidimensionalen Maskenobjektes (z.B. eine Phasenschiebemaske oder nichtsenkrechte Kanten) erläutert das zweite Beispiel.The The first example shows the inventive method steps for fast and accurate simulation of photolithographic imaging a complete mask layout of a chrome mask. Furthermore will be the chrome edges are assumed to be perpendicular in this example. The Treatment of a three-dimensional mask object (e.g., a phase shift mask or non-perpendicular edges) the second example.

Ausführungsbeispiel 1: Chrommaske mit 90 Grad KantenEmbodiment 1: Chrome mask with 90 degrees edges

Es wird zuerst der erste Teil, die Erzeugung einer Bibliothek von Elementarzelltypen mit zugehörigen neuronalen Netzen beschrieben. Dieser Teil erfolgt offline und abgekoppelt von der eigentlichen Simulation oder von Prozessen wie zum Beispiel einer OPC, einer Masken-Analyse oder einer Masken-Korrektur, die auf Simulationen basieren.It first becomes the first part, creating a library of elementary cell types with associated neural Networks described. This part is offline and disconnected from the actual simulation or processes such as an OPC, a mask analysis or a mask correction, the based on simulations.

Die Extraktion eines Satzes von Elementarzelltypen erfolgt entweder aus bereits vorhandenen Masken Layouts oder/und aus bestehenden Pattern-Musterbibliotheken oder/und auf der Basis zukünftiger Masken Layouts. Dabei sind Redundanzen zu vermeiden. Wenn zum Beispiel Elementarzelltypen durch Spiegelung oder Drehung um 90, 180 oder 270 Grad ineinander überführt werden können, sind diese in einen Elementarzelltyp zusammen zu fassen. Ein einfaches Beispiel dafür sind eine Linie in x- und eine Linie in y-Richtung.The Extraction of a set of unit cell types is done either from existing masks layouts and / or existing ones Pattern pattern libraries and / or based on future Masks layouts. Redundancies should be avoided. If for example Element cell types by mirroring or rotation by 90, 180 or 270 degrees into each other can, these are to be grouped together in one unit cell type. An easy Example of this are a line in x- and a line in y-direction.

Diese Layouts werden so in Rechtecke zerlegt, dass diese möglichst redundante und einfache geometrische Muster enthalten. Die Grösse der Rechtecke wird so gewählt, dass diese in etwa der Grösse des Kohärenzgebietes für den typischen Strukturierungsprozess entsprechen. Im Beispiel sei der Kohärenzparameter sigma der Abbildung gleich 0.6, die Numerische Apertur der Abbildung (waferseitig) NA_AW sei 0.8, die Abbildungswellenlänge lambda sei 193 nm und das Reduktionsverhältnis von Maske zu Wafer sei 4:1. Dann ist die Numerische Apertur der Beleuchtung NA_B gleich 0.8 × 0.6/4 = 0.12. Die Grösse des Kohärenzgebiet ist gemäss dem Theorem von van Cittert und Zernike proportional zu lambda/NA_B = 0.193 μm/0.12. Für das Beispiel wird ein Pitch p_x = p_y von 1.0 μm gewählt.These layouts are split into rectangles so that they contain as redundant and simple geometric patterns as possible. The size of the rectangles is chosen so that they correspond approximately to the size of the coherence area for the typical structuring process. In the example, the coherence parameter sigma of the mapping is 0.6, the numerical aperture of the image (wafer side) NA _AW is 0.8, the imaging wavelength lambda is 193 nm and the reduction ratio of mask to wafer is 4: 1. Then the numerical aperture of the illumination NA _{B is} equal to 0.8 × 0.6 / 4 = 0.12. The size of the coherence domain is proportional to lambda / NA _B = 0.193 μm / 0.12 according to the theorem of van Cittert and Zernike. For the Bei play a pitch p _x = p _y of 1.0 microns is selected.

Einen Untersatz von exemplarischen Elementarzelltypen zeigt 2. Die dunklen Bereiche sind undurchlässige Chrombereiche und die hellen Bereiche sind transparent. Die Elementarzelltypen werden so gewählt, dass sie jeweils nur wenige Linien und/oder Bereiche enthalten. Beim Beispiel handelt es sich um eine sogenannte Manhattan-Struktur, d.h., es sind nur horizontale oder vertikale Richtungen zugelassen. Layouts mit abweichenden Richtungen (z.B. 30, 45 und 60 Grad) werden analog behandelt. Notwendige OPC-Hilfsstrukturen werden mit berücksichtigt (siehe Elementarzelltypen 1m, 1n und 1o).Shows a subset of exemplary unit cell types 2 , The dark areas are opaque chrome areas and the bright areas are transparent. The unit cell types are chosen so that they each contain only a few lines and / or areas. The example is a so-called Manhattan structure, ie only horizontal or vertical directions are allowed. Layouts with different directions (eg 30, 45 and 60 degrees) are treated analogously. Necessary OPC auxiliary structures are taken into account (see element cell types 1m, 1n and 1o).

Nach der Festlegung der Elementarzelltypen folgt nun als nächster Schritt deren Parametrisierung. Dieser Vorgang ist schematisch am Beispiel der Elementarzelle g nach 2 (kurz 2g) in der 3 dargestellt. Es handelt sich dabei um zwei rechteckige Chrom-Bereiche I und II, die miteinander verbunden sind. Der Bereich I schliesst mit dem linken Rand der Elementarzelle ab. Er wird durch die Parameter Länge P1 und Breite P5 charakterisiert. Der zweite Bereich II wird analog durch die Parameter P2 und P6 beschrieben. Schliesslich werden noch die Lagen der beiden Bereiche durch die Abstände von der oberen Kante der Elementarzelle mittels der Parameter P3 und P4 definiert. Wie das Beispiel zeigt ist die Struktur des Elementarzelltyps durch die Parametrisierung eindeutig zu erfassen. Redundanzen oder Überbestimmtheiten sind zu vermeiden.After determining the unit cell types, the next step is their parameterization. This process is illustrated schematically by the example of unit cell g 2 (short 2g) in the 3 shown. These are two rectangular chrome areas I and II, which are connected to each other. Region I ends with the left edge of the unit cell. It is characterized by the parameters length P1 and width P5. The second area II is described analogously by the parameters P2 and P6. Finally, the positions of the two regions are defined by the distances from the upper edge of the unit cell by means of the parameters P3 and P4. As the example shows, the structure of the unit cell type can be clearly identified by the parameterization. Redundancies or overdeterminations are to be avoided.

Nach der Parametrisierung werden die Bereiche für jeden Parameter festgelegt. Dabei soll die Zelle im Beispiel quadratisch sein, d.h. p_x = p_y = p. Danach werden die Bereiche der Parameter P1–P6 wie folgt festgelegt:
P1 = 250 nm–400 nm,
P2 = 350 nm–500 nm,
P3 = 200 nm–400 nm,
P4 = 200 nm–350 nm,
P5 = 300 nm–400 nm,
P6 = 350 nm–550 nm.After parameterization, the ranges are set for each parameter. The cell should be square in the example, ie p _x = p _y = p. Thereafter, the ranges of the parameters P1-P6 are set as follows:
P1 = 250 nm-400 nm,
P2 = 350nm-500nm,
P3 = 200 nm-400 nm,
P4 = 200 nm-350 nm,
P5 = 300 nm-400 nm,
P6 = 350nm-550nm.

Darüberhinaus können Nebenbedingungen bzw. Abhängigkeiten festgelegt werden. Im Beispiel seien die folgenden Nebenbedingungen gegeben:
P3 >= P4,
P3 + P5 <= P4 + P6,
P1 + P2 <= 0.8 μm,
P4 + P6 < 0.8p.In addition, constraints or dependencies can be specified. In the example, the following constraints are given:
P3> = P4,
P3 + P5 <= P4 + P6,
P1 + P2 <= 0.8 μm,
P4 + P6 <0.8p.

Die letzte Bedingung garantiert zusammen mit den unteren Grenzen für P3 und P4, dass der Bereich II einen Abstand von mindestens 0.2p vom oberen und unteren Rand der Zelle hat. Der dadurch nicht erfasste Grenzfall wird mit dem Elementarzelltyp k nach 2 abgedeckt.The last condition, along with the lower bounds for P3 and P4, guarantees that region II is at least 0.2p from the top and bottom of the cell. The borderline case not covered by this becomes with the unit cell type k after 2 covered.

Gegebenenfalls sollte zum Schluss ein Plausibilitätstest erfolgen, z.B. derart, dass die Summe aller Längen bzw. Breiten, wenn nicht bereits durch andere Nebenbedingungen spezifiziert, kleiner als die Zellgrösse ist.Possibly Finally, a plausibility test should be carried out, e.g. so that the sum of all lengths or widths, if not already specified by other constraints, smaller than the cell size is.

Im nächsten Schritt ist festzulegen, ob die neuronalen Netzwerke für einen Winkelbereich oder für einen festen Einfallswinkel (AOI) angelernt werden sollen. In beiden Fällen ist der Einfallswinkelbereich zu definieren und zwar sowohl für den polaren Einfallswinkel theta welcher auf die Normale bezogen definiert ist als auch auf den azimuthalen AOI phi welcher durch die Projektion der Einfallsrichtung in die Maskenebene mit der x-Achse definiert ist. Im letzteren Fall müssen mehrere NN pro Elementarzelltyp angelernt werden. In beiden Fällen ist der Einfallswinkelbereich zu bestimmen. Dieser wird durch die Beleuchtungsapertur NA_B festgelegt. Diese beträgt im Beispiel 0.12. Desweiteren wird im Beispiel eine zirkulare Beleuchtung angenommen. Dann beträgt der Bereich für phi = 0–360 Grad und für theta = 0–6.89 Grad.The next step is to determine whether the neural networks are to be taught in for an angular range or for a fixed angle of incidence (AOI). In both cases, the angle of incidence range is to be defined both for the polar angle of incidence theta which is defined relative to the normal and also for the azimuthal angle AOI which is defined by the projection of the direction of incidence into the mask plane with the x axis. In the latter case several NNs have to be trained per unit cell type. In both cases the angle of incidence is to be determined. This is determined by the illumination aperture NA _B. This is 0.12 in the example. Furthermore, a circular illumination is assumed in the example. Then the range for phi = 0-360 degrees and for theta = 0-6.89 degrees.

Weiterhin muss festgelegt werden, ob das NN für eine oder mehrere Beugungsordnungen und für eine oder mehrere Polarisationen angelernt werden soll. Im ersteren Fall müssen wiederum entsprechend viele NN pro Elementarzelltyp angelernt werden. Die Bestimmung der notwendigen Beugungsordnungen erfolgt auf der Basis der gegebenen Numerischen Apertur der Abbildung auf der Waferseite NA_AW= 0.8. Bei einem Reduktionsverhältnis von 4:1 entspricht das einer Apertur auf der Maskenseite NA_AM = 0.2. Bei einer Zellgrösse von p = 1.0 μm und der Arbeitswellenlänge von 193 nm werden bei senkrechter Beleuchtung die folgenden Beugungsordnungen von der Abbildungsapertur erfasst:
(0,0); (0,+1); (0,–1); (+1,0); (–1,0); (+1,+1); (+1,–1); (–1,+1); (–1,–1); (+2,0); (–2,0); (0,+2); (0,–2); (+2,+1); (+2,–1); (–2,+1); (–2,–1); (+1,+2); (+1,–2); (–1,+2); (–1,–2);Furthermore, it must be determined whether the NN for one or more diffraction orders and for one or more polarizations should be taught. In the former case, again correspondingly many NN have to be trained per unit cell type. The determination of the necessary diffraction orders takes place on the basis of the given numerical aperture of the image on the wafer side NA _AW = 0.8. At a reduction ratio of 4: 1, this corresponds to an aperture on the mask side NA _AM = 0.2. With a cell size of p = 1.0 μm and the operating wavelength of 193 nm, the following diffraction orders are recorded by the imaging aperture under perpendicular illumination:
(0,0); (0, + 1); (0, -1); (+1.0); (-1.0); (+ 1, + 1); (+ 1, -1); (-1, + 1); (-1, -1); (+2.0); (-2.0); (0, + 2); (0, -2); (+ 2, + 1); (+2, -1); (-2, + 1); (-2, -1); (+ 1, + 2); (+ 1, -2); (-1, + 2); (-1, -2);

Die neuronalen Netze müssen also bei senkrechtem Einfall für diese Beugungsordnungen angelernt werden. Dabei können mehrere NN erstellt werden, die jeweils nur für einen Bereich von Beugungsordnungen angelernt werden. Im Extremfall kann pro Beugungsordnung und Polarisation ein NN erstellt werden. Bei anderen Einfallswinkeln müssen gegebenfalls weitere Beugungsordnungen, die nun von der Apertur erfasst werden, mit berücksichtigt werden.The neural networks need So at normal incidence for These diffraction orders are taught. There are several NN, each taught only for a range of diffraction orders become. In extreme cases, per diffraction order and polarization to create a NN. At other angles of incidence, if necessary other diffraction orders, which are now covered by the aperture, taken into account become.

Mit der Bestimmung der geometrischen Parameter P1–P6 und dem polaren und azimuthalen Einfallswinkel sowie der zu berechnenden Beugungsordnungen sind die Ein- und Ausgänge des neuronalen Netzes festgelegt. Nun muss noch seine innere Struktur, d.h. die Anzahl der versteckten Schichten (englisch: hidden layers) und der darin enthaltenen Anzahl von Neuronen sowie die Verknüpfungen zwischen den Neuronen der Eingänge, versteckten Schichten und Ausgänge festgelegt werden. Das erfolgt meist entweder nach Erfahrungswerten oder empirisch. Das Schema der äusseren Struktur des neuronalen Netzwerkes für den Elementarzelltyp in 3 zeigt 4.With the determination of the geometric parameters P1-P6 and the polar and azimuthal angle of incidence as well as the diffraction orders to be calculated, the inputs and outputs of the neural network are defined. Now its internal structure, ie the number of hidden layers and the number of neurons contained therein, as well as the links between the neurons of the inputs, hidden layers and outputs must be determined. This is usually done either empirically or empirically. The scheme of the external structure of the neural network for the unit cell type in 3 shows 4 ,

Nach der Spezifizierung der NN beginnt die Erzeugung der Trainings- oder Anlerndaten für das NN. Als Basis dienen die zuvor festgelegten Eingangsparameter und deren Bereiche. Es können verschiedene Arten von Verteilungen gewählte werden, wie z.B. äquidistante Verteilung, Gaussverteilung oder uniforme Verteilung im Intervall. Je nach Grösse und Struktur des NN sowie erforderlicher Genauigkeit der späteren Prediktion ist eine Mindestzahl von Anlerndatensätzen notwendig, die ebenfalls in der Regel empirisch oder auf der Basis von Erfahrungswerten bestimmt wird. Die ersten 10 Anlerndatensätze, die auf der Basis einer Gleichverteilung im jeweiligen Parameterbereich generiert wurden, sind nachfolgend beispielhaft aufgelistet:

After the NN is specified, generation of the training or learning data for the NN begins. The basis is the previously defined input parameters and their ranges. Different types of distributions can be chosen, such as equidistant distribution, Gaussian distribution or uniform distribution in the interval. Depending on the size and structure of the NN as well as the required accuracy of the subsequent prediction, a minimum number of training data sets is necessary, which is also usually determined empirically or on the basis of empirical values. The first 10 training data records that were generated on the basis of an equal distribution in the respective parameter area are listed as examples below:

Die Anlerndatensätze werden anschliessend durch eine Beugungsrechnung mit einem Beugungssolver vervollständigt, d.h., es werden die jeweiligen komplexen Amplituden der von der Apertur erfassten Beugungsordnungen oder andere Kenngrössen der Beugung (z.B. S-Matrix) berechnet. Im Beispiel wird der auf der RCWA basierende Beugungssolver Unigit der Fa. Optimod/Jena – Deutschland dazu verwendet.The Anlerndatensätze are then determined by a diffraction calculation with a diffraction solver completed that is, the respective complex amplitudes of the Aperture detected diffraction orders or other characteristics of the Diffraction (e.g., S-matrix). In the example, the on the RCWA based diffraction solver Unigit from the company Optimod / Jena - Germany used for this.

Im Standardfall vollständig zweidimensionaler Elementarzellen gemäss der zuvor gegebenen Definition wird dabei mit einem 2D-Algorithmus gearbeitet. Eindimensionale Elementarzellen (d.h. Linienstrukturen), wie zum Beispiel 1a, 1b, 1c und 1d können mit einem Solver für Liniengitter behandelt werden. Der Vorteil dieser Verfahrensweise ist ein deutlicher Rechenzeitgewinn, wie zuvor erläutert wurde.in the Standard case completely two-dimensional unit cells according to the definition given above is working with a 2D algorithm. dimensional Unit cells (i.e., line structures), such as 1a, 1b, 1c and 1d can with a solver for Line grids are treated. The advantage of this procedure is a significant calculation time gain, as previously explained.

Das neuronale Netzwerk wird nun mittels dieser Anlerndatensätze angelernt. Danach wird das Elementarzellmuster zusammen mit seiner Parametrisierung, den Parameterbereichen und dem angelernten neuronalen Netzwerk (bzw. mehreren NN) in einer Bibliothek abgespeichert. Dieser Schritt wird für alle Elementarzelltypen wiederholt. Damit ist der offline-Prozess der Erzeugung einer Elementarzellmuster-Bibliothek abgeschlossen.The neural network is now taught using these training records. Thereafter, the unit cell pattern is combined with its parameterization, the parameter areas and the learned neural network (resp. several NN) stored in a library. This step will be for all Elementary cell types repeated. This is the offline process of Generation of a unit cell pattern library completed.

Es folgt die Beschreibung des zweiten Teils, des eigentlichen Simulationsvorganges des Masken Layouts für einen kompletten Chip. Ausgangspunkt ist das Vorliegen eines Masken Layouts. 5 zeigt einen schematischen Ausschnitt aus einem fiktiven Layout. Das Layout wird zunächst in Segmente aufgeteilt. Die Grösse der Segmente wird so gewählt, dass sie in etwa der Grösse des Kohärenzgebietes entspricht und vor allem innerhalb des Parameterbereiches für den Pitch (Grösse) der Elementarzelltypen der verwendeten Bibliothek liegt. Weiterhin werden die Segmente so aufgeteilt, dass jedes Segment einem Elementarzelltyp der verwendeten Bibliothek entspricht. Den segmentierten Ausschnitt der Maske nach 5 zeigt 6. Zu beachten ist, dass mit einer Überlappung der Segmente gearbeitet wurde.The following is the description of the second part, the actual simulation process of the mask layout for a complete chip. The starting point is the presence of a mask layout. 5 shows a schematic section of a fictitious layout. The layout is first divided into segments. The size of the segments is chosen to approximate the size of the coherence region and, above all, within the parameter range for the pitch of the unit cell types of the Bi used The library is located. Furthermore, the segments are divided so that each segment corresponds to an item cell type of the library used. The segmented section of the mask 5 shows 6 , It should be noted that an overlap of the segments was used.

In 7 sind die separierten Segmente dargestellt. Segmentierung, Separierung und Vergleich der Segmente mit den in einer Bibliothek gespeicherten Elementarzellmustern sind komplexe und in der Regel iterative Vorgänge. Sie werden daher am besten von speziellen Computerprogrammen ausgeführt.In 7 the separated segments are shown. Segmentation, separation and comparison of the segments with the elementary cell patterns stored in a library are complex and usually iterative processes. They are therefore best executed by special computer programs.

Im Beispiel wurde mit einer fixen Grösse der Segmente gearbeitet. Es sei darauf hingewiesen, dass zum Zweck einer optimalen Segementierung auch mit lokal unterschiedlich grossen Segmenten gearbeitet werden kann, solange diese innerhalb des Pitch-Parameterbereiches der Elementarzelltypen der Bibliothek liegen. Das hat den Vorteil, dass ein gegebenes Layout flexibler segmentiert werden kann.in the Example worked with a fixed size of the segments. It should be noted that for the purpose of optimal segmentation also be worked with locally different sized segments as long as they are within the pitch parameter range of the unit cell types lie the library. That has the advantage of having a given layout can be segmented more flexibly.

Nach bzw. während der Segmentierung wird für jedes Segment der passende Elementarzelltyp in der Bibliothek gesucht und das bzw. die zugehörigen neuronalen Netze in den Simulator geladen. Der Vergleich der Segmente mit den Elementarzelltypen nach 2 zeigt, dass jedem Segment nach 7 ein Elementarzelltyp aus der exemplarischen Bibliothek nach 2 zugeordnet werden kann. Beispielsweise kann dem Segment h der um 270 Grad in mathematisch positiver Richtung gedrehte Elementarzelltyp g zugeordnet werden. In Kurzform soll das durch 7h ← 2g/270° beschrieben werden. Die komplette Zuordnung von Elementarzelltypen zu den Segmenten lautet gemäss dieser Notation:
7a ← 2a, 7b ← 2a, 7c ← 2a, 7d ← 2f, 7e ← 2b, 7f ← 2b, 7g ← 2g, 7h ← 2g/270°, 7i ← 2e, 7j ← 2b, 7k ← 2g, 7l ← 2g/180°, 7m ← 2c/270°, 7n ← 2g/90°, 7o ← 2g/90°, 7p ← 2g/90°.After or during the segmentation, the appropriate unit cell type in the library is searched for each segment and the corresponding neural network (s) are loaded into the simulator. Comparison of the segments with the unit cell types 2 shows that every segment after 7 an element cell type from the exemplary library 2 can be assigned. For example, segment h may be assigned the elementary cell type g rotated by 270 degrees in a mathematically positive direction. In short, this should be described by 7h ← 2g / 270 °. The complete assignment of unit cell types to the segments is according to this notation:
7a ← 2a, 7b ← 2a, 7c ← 2a, 7d ← 2f, 7e ← 2b, 7f ← 2b, 7g ← 2g, 7h ← 2g / 270 °, 7i ← 2e, 7j ← 2b, 7k ← 2g, 7l ← 2g / 180 °, 7m ← 2c / 270 °, 7n ← 2g / 90 °, 7o ← 2g / 90 °, 7p ← 2g / 90 °.

Es wird deutlich, dass durch die zugelassenen Ähnlichkeitstransformationen wie Drehung und Spiegelung bedeutend weniger Elementarzelltypen benötigt werden. Das reduziert zum einen den Rechenaufwand zur Erzeugung der Bibliothek (Anlernen der neuronalen Netze) beträchtlich. Zum anderen verringert es den Speicherbedarf zum Abspeichern der Bibliothek. Der zusätzliche Rechenaufwand während der eigentlichen Simulation ist hingegen verschwindend gering.It becomes clear that through the allowed similarity transformations such as rotation and mirroring significantly fewer unit cell types needed become. This reduces on the one hand the computational effort for the generation the library (teaching neural networks) considerably. On the other hand, it reduces the memory requirements for storing the Library. The additional Computational effort during the actual simulation, however, is vanishingly small.

Die NN werden dann mit den jeweiligen aktuellen Parameterwerten des Segmentes gespeist und es werden die benötigten Beugungskoeffizienten berechnet. Dieser Vorgang ist um mehrere Grössenordnungen schneller als das Berechnen der Beugungskoeffizienten mit einem vektoriellen Beugungssolver. Mit dieser drastischen Reduktion wird die Simulation kompletter Layouts möglich. Ein weiterer wichtiger Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt in der grossen Genauigkeit der Simulation, da die neuronalen Netzwerke mittels vektorieller Beugungssolver angelernt werden. Dadurch werden insbesondere die hohen Anforderungen zukünftiger Chipgenerationen an die Simulation befriedigt. Aus den Beugungskoeffizienten wird dann mit den bekannten Modellen der partiell kohärenten Abbildung das benötigte Ergebnis wie zum Beispiel die Intensität im Luftbild für das Segment berechnet.The NN are then updated with the respective current parameter values of the Segmentes are fed and it will be the required diffraction coefficients calculated. This process is several orders of magnitude faster than calculating the diffraction coefficients with a vectorial diffraction solver. With this drastic reduction, the simulation becomes more complete Layouts possible. Another important advantage of the inventive method lies in the great accuracy of the simulation, since the neural networks be taught by means of vector diffraction solvers. This will be especially the high demands of future chip generations satisfied the simulation. From the diffraction coefficient is then with the familiar models of partially coherent mapping the required result such as the intensity in the Aerial view for calculates the segment.

Dieser Vorgang wird für alle Segmente durchgeführt. Danach werden die Ergebnisse zum Gesamtergebnis zusammengesetzt. Wird zum Beispiel das Luftbild des gesamten Masken Layouts berechnet, so werden die Luftbilder der Segmente entsprechend zusammengefügt. Dabei wird die Intensität in den Überlappbereichen gemittelt oder anderweitig interpoliert.This Operation is for all segments performed. Then the results are combined to the overall result. For example, if the aerial image of the entire mask layout is calculated, so the aerial images of the segments are joined together accordingly. there becomes the intensity in the overlap areas averaged or otherwise interpolated.

Ausführungsbeispiel 2: Phasenschiebemaske mit nichtsenkrechten StrukturkantenEmbodiment 2: Phase shift mask with non-perpendicular structure edges

Prinzipiell kann eine dreidimensionale Struktur wie z.B. eine Phasenschiebemaske gemäss der Erfindung ähnlich wie im ersten Beispiel behandelt werden. Die zu berücksichtigende dritte Dimension kann jedoch zu einer zu grossen Anzahl von Elementarzelltypen führen. Im folgenden Ausführungsbeispiel wird eine erfindungsgemässe Option zur Vermeidung dieses Problems beschrieben.in principle For example, a three-dimensional structure, e.g. a phase shift mask according to similar to the invention as treated in the first example. The to be considered However, the third dimension can lead to too many elementary cell types to lead. In the following embodiment becomes an inventive Option to avoid this problem.

Es wird wiederum zuerst der erste Teil, die Erzeugung einer Bibliothek von Elementarzelltypen mit zugehörigen neuronalen Netzen beschrieben. Dieser Teil erfolgt offline und abgekoppelt von der eigentlichen Simulation. Die Extraktion eines Satzes von Elementarzelltypen erfolgt entweder aus bereits vorhandenen Masken Layouts oder/und aus bestehenden Pattern-Musterbibliotheken oder/und auf der Basis zukünftiger Masken Layouts. Im Gegensatz zu zweidimensionalen Struktur wird dabei die vertikale Struktur bereits bei der Zusammenstellung der Elementarzelltypen mit einbezogen. Zu diesem Zweck werden die vorliegenden Masken Layouts in Schichten zerlegt, die selbst wiederum zweidimensional im weiter oben definierten Sinn sind.It in turn, first becomes the first part, creating a library of elementary cell types with associated neural networks. This part is offline and disconnected from the actual simulation. The extraction of a set of Element cell types either come from existing masks Layouts and / or from existing pattern pattern libraries or / and on the basis of future Masks layouts. Unlike two-dimensional structure becomes while the vertical structure already in the compilation of Elementary cell types included. For this purpose, the present Masks layouts are decomposed into layers, which in turn are two-dimensional in the sense defined above.

Die vertikale Struktur einer Phasenschiebemaske zeigt 8. Die dunklen Bereiche sind wiederum Chromstrukturen und die hellen Bereiche Quarzglas. Die Struktur nach 8 wird zwecks Simulation in 4 Schichten zerlegt. Diese sind mit I, IIa, IIb und IIc gekennzeichnet. Kriterien für diese Zerlegung sind unterschiedliche Materialien sowie nichtsenkrechte Strukturkanten. Im Beispiel wurde angenommen, dass die Chromkanten senkrecht sind und die geätzten Quarzkanten einen Winkel kleiner als 90 Grad haben. Das hat zur Folge, dass die Schicht II im Hinblick auf die spätere Prozessierung mit der RCWA nochmals in Slices unterteilt werden muss (Treppenstufen-Approximation). Die Schicht I besteht aus Chrom und Luft. Die Schichten IIa, IIb und IIc bestehen aus Quarzglas und Luft. Sie gehören daher zum gleichen Schichttyp II. Für die beiden Schichttypen werden nun analog zum Beispiel 1 entsprechende Elementarzelltypen abgeleitet.The vertical structure of a phase shift mask shows 8th , The dark areas are in turn Chrome structures and the bright areas of quartz glass. The structure after 8th is decomposed into 4 layers for the purpose of simulation. These are labeled I, IIa, IIb and IIc. Criteria for this decomposition are different materials as well as non-perpendicular structural edges. In the example it was assumed that the chrome edges are vertical and the etched quartz edges have an angle smaller than 90 degrees. As a result, the layer II has to be subdivided into slices again for the later processing with the RCWA (step-step approximation). Layer I consists of chromium and air. The layers IIa, IIb and IIc consist of quartz glass and air. They therefore belong to the same layer type II. For the two layer types, corresponding elementary cell types are now derived analogously to Example 1.

Die nachfolgenden Schritte, Parametrisierung und Erstellung der neuronalen Netze, werden ebenfalls ganz analog zum ersten Beispiel abgearbeitet. Es gibt jedoch drei wesentlichste Unterschiede zum Beispiel 1. Erstens müssen die genannten Schritte für beide Schichttypen separat durchgeführt werden. Zweitens werden die neuronalen Netzwerke nicht für die komplexen Beugungskoeffizienten sondern für die Elemente der S-Matrix oder andere schichtspezifische Kenngrössen der Beugung der entsprechenden Schicht angelernt. Drittens muss bei der Festlegung der Parametergrenzen die zusätzliche Variation durch das Slicen berücksichtigt werden.The subsequent steps, parameterization and creation of the neural Networks are also processed quite analogously to the first example. However, there are three main differences for example 1. First have to the mentioned steps for both types of layers are carried out separately. Second, the neural networks are not for the complex diffraction coefficients but for the elements of the S-matrix or other layer-specific parameters of the diffraction of the corresponding Learned shift. Third, when setting the parameter limits the extra Considering variation by slicing become.

Danach wird das Elementarzellmuster zusammen mit seiner Parametrisierung, den Parameterbereichen und dem angelernten neuronalen Netzwerk (bzw. mehreren NN) genau wie im Beispiel 1 in einer Bibliothek abgespeichert. Dieser Schritt wird für alle Elementarzelltypen und für beide Schichten durchgeführt. Die Bibliotheken für verschiedene Schichttypen können zusammen oder auch getrennt abgelegt und später entsprechend kombiniert werden. Damit ist der offline-Prozess abgeschlossen.After that is the unit cell pattern together with its parameterization, the parameter areas and the learned neural network (resp. several NN) exactly as in Example 1 stored in a library. This step will be for all unit cell types and for both layers performed. The libraries for different types of layers can stored together or separately and later combined accordingly become. This completes the offline process.

Der eigentliche Simulationsvorgang wird ebenfalls ganz analog wie in Beispiel 1 durchgeführt. Zuvor muss jedoch das gegebene Layout nach den gleichen Kriterien wie bei der Erstellung der Bibliothek ebenfalls in Schichten zerlegt werden. Dann werden die für die gefundenen Schichten benötigten Bibliotheken bereitgestellt. Die Layout Schichten werden dann wie im Beispiel 1 unter Beachtung der Grösse des Kohärenzgebietes segmentiert.Of the actual simulation process is also quite analogous as in Example 1 performed. Before that, however, the given layout must follow the same criteria as in the creation of the library also divided into layers become. Then the for needed the found layers Libraries provided. The layout layers are then like segmented in Example 1, taking into account the size of the coherence area.

Nach bzw. während der Segmentierung wird für jedes Segment der passende Elementarzelltyp in der Bibliothek gesucht und das bzw. die zugehörigen neuronalen Netze in den Simulator geladen. Die NN werden dann mit den jeweiligen aktuellen Parameterwerten des Segmentes gespeist und es werden die benötigten t-Matrizen oder andere schichtspezifische Kenngrössen der Beugung berechnet. Danach werden diese entsprechend des S-Matrix Schemas der RCWA gekoppelt und es werden die komplexen Beugungskoeffizienten berechnet Aus den Beugungskoeffizienten wird dann mit den bekannten Modellen der partiell kohärenten Abbildung das benötigte Ergebnis wie zum Beispiel die Intensität im Luftbild für das Segment berechnet. Dieser Vorgang wird für alle Segmente durchgeführt. Danach werden die Ergebnisse zum Gesamtergebnis zusammengesetzt. Wird zum Beispiel das Luftbild des gesamten Masken Layouts berechnet, so werden die Luftbilder der Segmente entsprechend zusammengefügt. Dabei wird die Intensität in den Überlappbereichen gemittelt oder anderweitig interpoliert.To or during the segmentation is for each segment searched for the appropriate unit cell type in the library and the associated one or more neural networks loaded into the simulator. The NN are then with fed the respective current parameter values of the segment and it will be the required t-matrices or others Layer-specific parameters the diffraction calculated. After that they will be according to the S-matrix Schemas of RCWA coupled and it will calculate the complex diffraction coefficients From the diffraction coefficients is then using the known models the partially coherent Picture that needed Result such as the intensity in the aerial image for the segment calculated. This process is for all segments performed. Then the results are combined to the overall result. For example, if the aerial image of the entire mask layout is calculated, so the aerial images of the segments are joined together accordingly. there becomes the intensity in the overlap areas averaged or otherwise interpolated.

Der besondere Vorteil der im Beispiel 2 beschriebenen Herangehensweise besteht darin, dass die Komplexität der Lösung und damit die Zahl der benötigten Elementarzelltypen nicht um eine komplette neue Dimension sondern nur mit der Anzahl der benötigten Schichttypen wächst. Insbesondere wird für Schichten vom gleichen Schichttyp in der Regel nur eine Bibliothek benötigt.Of the particular advantage of the approach described in Example 2 is that the complexity of the solution and thus the number of required Element cell types are not a complete new dimension but only with the number of needed Layer types grow. In particular, for Layers of the same layer type usually only one library needed.

In der vorliegenden Erfindung wurde anhand konkreter Ausführungsbeispiele ein Verfahren zur Simulation einer photolithographischen Maske erläutert. Es sei aber vermerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Einzelheiten der Beschreibung in den Ausführungsbeispielen eingeschränkt ist, da im Rahmen der Patentansprüche Änderungen und Abwandlungen beansprucht werden.In The present invention was based on concrete embodiments a method for simulating a photolithographic mask explained. It be noted, however, that the present invention is not limited to the Details of the description is limited in the exemplary embodiments, there in the context of the claims changes and modifications claimed.

Claims

Method for fast and rigorous simulation of photolithographic imaging and transfer of a complete mask layout onto a wafer (full-chip simulation), characterized by the following process steps: A: Generation of a library of basic geometric patterns (element cell types) and the associated neural networks , which are taught for the calculation of the diffraction coefficients or other diffraction indices of the corresponding basic pattern within a certain range of variation of the geometry and other input parameters. (offline) B: Simulation of the photolithographic transfer of a complete chip by segmenting the entire layout, finding the respective basic patterns and loading the corresponding neural networks from the library, calculating the diffraction coefficients or other diffraction coefficients for mapping the corresponding subarea with current input parameters by means of the previously loaded neural Mesh, calculation of the intensity or electromagnetic fields on the wafer for each segment and stitching with interpolation calculation in the overlapping regions for the composition of the intensity image or the electromagnetic fields of the entire chip.

Method according to claim 1, characterized in that that the size the unit cells and the segments about the size of the partially coherent figure certain coherence area equivalent.

Method according to Claims 1 and 2, characterized that the records for the Teaching the neural networks by means of rigorous calculation methods such as. Finite difference method (FDTD) or rigorous theory Coupled waves (RCWA) are generated.

Method according to claims 1 and 3, characterized that the unit cell types are parameterized and that for the learning the neural networks corresponding areas for each parameter set become.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that in addition to the geometric and material parameters also the angle of incidence as a floating input for the training of the neural Networks is used.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that in addition to the other parameters mentioned above also the cell size (Pitch) as a floating input for the Learning the neural networks is used.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the neural networks respectively for the complex Amplitudes of all propagatable Diffraction orders and all polarizations are taught.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that in each case for a diffraction order and a polarization is learned a neural network.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that in each case a neural network for a Part of the eligibility Orders or polarizations is learned.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that when segmenting the chip layout working with a variable cell or segment size.

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that it is in the masks to be simulated is based on transmission masks. This concerns pure transmission masks such as chrome masks as well as all types of phase shift masks and mixed types (attenuated PSM).

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that it is in the masks to be simulated is reflection based masks (e.g., EUV masks).

Method according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the neural networks instead of the Diffraction coefficients with layer - specific parameters of Diffraction, e.g. the t-matrix or the S-matrix are taught, that in the simulation these layer-specific parameters are calculated and that this with a recursive coupling scheme for the calculation the diffraction coefficients are coupled together.

Optical Proximity Correction (OPC) of Photolithographic Masks using that described in claims 1 to 13 Process.

Design optimization of photolithographic masks (Design for Manufacturing) using of the method described in claims 1 to 13.

Inspection of photolithographic masks under Use of in the claims 1 to 13 described method.

Simulation and optimization of the complete photolithographic Process including Resolution Enhancement Technologies (RET) using the in claims 1 to 13 described method.