[发明专利]光刻设备和掩模优化过程与多重图案化过程的集成

说明书

技术领域

本发明的技术领域整体上涉及光刻过程的模拟，且更具体地涉及通过模拟来优化光刻设备的特性和设计布局用于实现更好的成像性能。

背景技术

可以将光刻设备用在例如集成电路(IC)的制造中。在这种情形中，掩模可以包含对应于IC的单个层的电路图案，这一图案可以被成像到已经涂覆有辐射敏感材料(抗蚀剂)层的衬底(硅晶片)的目标部分(例如包括一个或更多的管芯)上。通常，单个晶片将包含被经由投影系统连续地(一次一个地)辐射的相邻目标部分的整个网络。在一种类型的光刻投影设备中，每一目标部分通过一次将整个掩模图案曝光到目标部分上而被辐射；这样的设备通常称作为晶片步进机。在一种替代的设备(通常称为步进扫描设备)中，通过投影束沿给定的参考方向(“扫描”方向)渐进地扫描掩模图案、同时沿与该方向平行或反向平行的方向同步扫描衬底台，来辐射每一目标部分。因为通常投影系统的放大率因子为M(通常＜1)，衬底台被扫描的速度V将是掩模台被扫描的速度的M倍。

在使用光刻投影设备的制造过程中，掩模图案成像到至少部分地被辐射敏感材料(抗蚀剂)层覆盖的衬底上。在这一成像步骤之前，衬底可能经历各种工艺，诸如涂底、抗蚀剂涂覆以及软焙烤。在曝光之后，衬底可能经历其它工艺，诸如曝光后焙烤(PEB)、显影、硬焙烤以及对所成像的特征的测量/检验。这一系列的工艺被用作为使器件(例如IC)的单个层形成图案的基础。这样的经过图案化的层之后可能经历各种过程，诸如蚀刻、离子注入(掺杂)、金属化、氧化、化学机械抛光等，所有的这些工艺都是用于最终完成单个层。如果需要多个层，那么整个工艺或其变形将不得不对于每一新层重复采用。最终，器件阵列将设置在衬底(晶片)上。之后通过诸如切片或切割等技术，将这些器件彼此分开，据此独立的器件可以安装在载体上，连接至引脚等。

为了简便起见，投影系统在本申请中可以被称为“透镜”，然而这一术语应当广义地解释成包括各种类型的投影系统，例如包括折射式光学装置、反射式光学装置以及折射反射式系统。辐射系统还可以包括根据用于引导、成形或控制投影辐射束的这些设计类型中的任一种进行操作的部件，这样的部件还可以在下文中被统称或单独称为“透镜”。另外，光刻设备可以是具有两个或更多的衬底台(和/或两个或更多的掩模台)的类型。在这样的“多台”装置中，可以并行地使用附加的台，或可以在一个或更多的台上执行预备步骤的同时，将一个或更多的其它台用于曝光。

上文提及的光刻掩模包括对应于将被集成到硅晶片上的电路部件的几何图案。用于产生这样的掩模的图案通过使用CAD(计算机辅助设计)程序来形成，这一过程通常被称为EDA(电子设计自动化)。大多数CAD程序遵循一组预定的设计规则，以便形成功能化掩模。这些规则通过处理和设计限制来设定。例如，设计规则限定了电路器件(诸如门、电容器等)之间或互连线之间的间隔的容许度，以便确保电路器件或线不会以不期望的方式相互作用。设计规则限制典型地被称为“临界尺寸”(CD)。电路的临界尺寸可以被定义为线或孔的最小宽度或者两条线或两个孔之间的最小间隔。因此，CD确定了所设计的电路的整体尺寸和密度。当然，集成电路制造中的目标之一是在晶片上(经由掩模)忠实地复现原始电路设计。

注意到，微光刻术是半导体集成电路的制造中的核心步骤，其中在半导体晶片衬底上形成的图案限定了半导体器件的功能元件，诸如微处理器、存储器芯片等。类似的光刻技术也用于形成平板显示器、微机电系统(MEMS)以及其它器件。

随着半导体制造工艺不断发展，电路元件的尺寸被不断地减小，同时每一器件的功能元件(诸如晶体管)的数量在数十年来一直遵循通常称为“摩尔定律”的趋势而稳步地增长。在现在的技术条件下，通过使用被称为扫描器的、利用来自深紫外激光光源的照射将掩模图像投影到衬底上的光学光刻投影系统来制造前沿器件的关键层，从而产生具有低于100nm的尺寸的独立的电路特征，即该电路特征的尺寸小于投影光波长的一半。