採用獨立掩模誤差模型的掩模驗證系統和方法

2023-04-24 09:06:01 1

專利名稱：採用獨立掩模誤差模型的掩模驗證系統和方法
技術領域：
本發明主要涉及光學光刻，而更具體地涉及採用獨立掩模誤差模型的掩模驗證。
背景技術：
集成電路工業從一開始就通過以更低的成本驅動增長的器件功能而維持了很高 的成長速率。如今，上升沿器件僅以原來成本的幾分之一提供曾經佔據整個房間的計算機 的計算功能。今天的許多低成本的消費類裝置包括僅僅在幾年前還無法以任何成本實現的 功能，例如視頻手機、超可攜式媒體播放器、以及無線或超寬帶網際網路裝置。這種增長的主 要能動因素之一是光學光刻過程能穩定地減小最小特徵尺寸的能力，所述最小特徵尺寸可 以作為集成電路圖案的一部分被圖案化。這種在每個電路上印刷更多特徵的同時實現的特 徵尺寸和成本的穩步降低通常被稱為「摩爾定律」或光刻「路線圖(roadmap) 」。光刻過程涉及在掩模上形成母圖像，然後將該圖案正確無誤地複製到器件晶片 上。在設計規範內母圖案被成功複製的次數越多，每個成品器件或「晶片」的成本就越低。 直到最近，除掩模水平面的圖案比晶片水平面的圖案大許多倍的情況之外，掩模圖案已經 與晶片水平面上的所需圖案完全相同。然後，該縮放因子在晶片曝光過程中通過曝光工具 的縮減比例而被修正。掩模圖案典型地通過將光吸收材料在石英或其他透射式襯底上澱積 和形成圖案而被形成。然後，所述掩模被置於稱為「步進機」或「掃描器」的曝光工具中，在 所述曝光工具中，具有特定曝光波長的光通過掩模被引導到器件晶片上。光透射通過掩模 的空白區域，並在被吸收層覆蓋的區域上以所期望的量(通常在90%和100%之間)被衰 減。通過掩模的一些區域的光也可以以所需的相位角(典型地為180度的整數倍數)產生 相移。在被曝光工具收集之後，得到的空間圖像圖案被聚焦到器件晶片上。沉積在晶片表 面上的光敏感材料與光相互作用，以在晶片上形成所需的圖案，且然後，所述圖案被轉移到 晶片上的下層中，以根據公知的過程形成功能性的電子電路。近年來，被圖案化的特徵尺寸已經明顯地小於用於轉移圖案的光的波長。這種朝 向「亞波長光刻」的趨勢已經導致在光刻過程中維持足夠的工藝裕量的困難增大。隨著特 徵尺寸與波長的比例的降低，由掩模和曝光工具形成的空間圖像喪失了對比度和銳度。所 述比例由kl因子量化，被定義為曝光工具的數值孔徑乘以最小特徵尺寸，再被波長除。當 前，選擇曝光波長的實際自由度有限，且曝光工具的數值孔徑接近物理極限。結果，器件特 徵尺寸的持續減小需要在光刻過程中越來越顯著地減小kl因子，即在光學成像系統的經 典解析度極限處或所述極限以下成像。用於實現低kl光刻的新方法已經在掩模上形成母圖案，所述母圖案與最終的晶片水平面上的圖案不完全相同。掩模圖案經常在圖案尺寸和圖案位置作為圖案密度或間 距的函數的情況下被調整。其他技術涉及在掩模圖案(「襯線」、「錘頭」或其他圖案)上額 外增加或減少拐角，甚至涉及將不在晶片上複製的幾何尺寸的增加。這些非印刷的「輔助 特徵」可以包括用於改變背景光強(「灰度調整」)的散射條紋、孔、環、棋盤狀條紋或「斑 馬條紋」，以及在文獻中記載的其他結構。所有這些方法經常被統稱為「光學鄰近校正」或 「0PC」。隨著kl減小，鄰近效應的幅度顯著地增加。在當前的高端設計中，越來越多的器 件層需要0PC，且幾乎每個特徵邊緣需要一些調整量，以便確保所印刷的圖案將合理地與設 計目的相似。這種擴展的0PC應用的實現和驗證僅僅可能通過詳細的整個晶片的計算的光 刻過程模型完成，且所述過程通常被稱為基於模型的0PC。(見"Full-Chip Lithography Simulation and Design Analysis-How OPC Is Changing IC Design, " C. Spence, Proc.SPIE, Vol. 5751, pp. 1-14(2005)and" ExploringNew High Speed, Mask Aware RET Verification Flows, " P. Martin et al, Proc.SPIE 5853，pp.114-123，(2005)。)掩模也可以通過增加相移區域來變更，所述相移區域可以或不可以被複製到晶片 上。大量的相移技術在文獻中詳細地被描述，包括交變孔徑移相器(alternate aperture shifter)、雙重曝光掩模過程、多相位跳變以及衰減型相移掩模。由所述方法形成的掩模被 稱為「相移掩模」或「PSM」。所有這些用於在低kl條件下增加圖像斜率(image slope)的 技術(包括0PC、PSM及其他)被統稱為「解析度增強技術」，或「RET」。所有這些經常以多種 組合形式應用到掩模上的RET的結果是在晶片水平面上形成的最終圖案不再是掩模水平 面的圖案的簡單複製。實際上，觀察掩模圖案並簡單地確定最終晶片圖案被重疊成什麼樣 子是不可能的。這極大地增加了在掩模被製作和晶片被曝光之前驗證設計數據的正確性、 以及驗證RET已經被正確地應用且掩模滿足其目標規範的難度。0PC和其他RET的增值導致多個巨大的挑戰。尤其，0PC後的掩模設計與0PC前 的設計意圖(即預期製造的半導體結構)具有非常有限的相似之處。甚至更大的挑戰在於 工藝窗口的減小，即工藝過程對於確定的參數(例如曝光劑量和焦點)伴隨kl因子的減小 而產生的不可預期的變化的容許程度的減小。進而，隨著鄰近效應越來越明顯，在工藝參數 的小的改變下的特徵的確切行為成為極其非線性的並經常是非直觀的。甚至少量的未檢測 的工藝變化都可能對器件產量產生難以預料的顯著的影響。這種產量損失將在設計的「薄 弱點」或「熱斑」處最可能出現，並因此以量化方式區別於由例如掩模汙染物造成的隨機的 「點缺陷」帶來的產量損失。在半導體生產的當前狀態下，器件產量越來越受到設計薄弱環 節而不是隨機缺陷的限制。對於可能將薄弱的設計特徵演變成失效的系統工藝變化的主要貢獻是掩模自身 的確切的物理屬性。相關的物理掩模參數可能包括線寬偏離、拐角處的倒圓角、由於掩模刻 寫或掩模蝕刻的鄰近效應而引起的間距依賴性、各向異性、相位誤差、偏振、雙折射、或通常 的「三維掩模效應」。這些參數可能在單個掩模的區域內、在不同時間製造的掩模之間、在不 同工具上製造的掩模之間或來自不同掩模車間的掩模之間變化。當0PC和掩模設計基於詳細的模型時，掩模的實際物理屬性可能不同於模型的假 設，並由此可能移動工藝窗口和優化工藝條件或造成不期望的產量損失。這種產量損失可 能在之前所確定的熱斑處出現。然而，物理掩模參數的非預期和未檢測的變化也可能很大 程度上改變熱斑的準確性或甚至導致在名義條件下將不會被確定為「邊緣的」(或「薄弱的」)的圖案的失效。(「邊緣的」或「薄弱的」圖案是容易由於例如製造中的不確定因素或 工藝變化而導致失效或產量損失的圖案。)傳統的掩模檢驗集中在檢測掩模上的獨立的點缺陷(例如灰塵顆粒或小孔)，並 因此不能檢測掩模的系統誤差以及它們對於與工藝窗口相關的「設計缺陷」或「熱斑」的影 響。圖1是現有技術的製造工藝的方法步驟的流程圖，在所述方法中，這種傳統的掩模檢驗 出現在步驟120中。在步驟110中，產生用於表示晶片的設計意圖的0PC前的設計布局。然 後，在步驟112中，採用0PC和其他RET處理0PC前的設計布局，以產生0PC後的掩模布局。 在步驟114中，整個晶片採用光刻過程的模型和應用於0PC後的掩模布局的名義上的掩模 誤差模型進行模擬，以預測所印刷的圖案。採用這種光刻過程模型和掩模模型模擬光刻過 程的不例在發明名稱為「System and Method for Lithography Simulation」的美國專利 No. 7，003, 758 (』758專利)中公開，該專利的主題以引用的方式整體合併入本文中。在步驟 116中，0PC前的設計布局(即設計意圖)與所預期的印刷圖案對比，以確定是否0PC後的 掩模布局是否可接受。如果是，所述方法繼續步驟118 ;如果否，則所述方法回到步驟112， 其中所述對比來自步驟116，所述比較將用於調整0PC後的掩模布局，以產生新的0PC後的 掩模布局，且然後將重複步驟114和116。一旦所預期的印刷圖案被確定為可接受的，則所 述方法在步驟118中繼續，在所述步驟118中，掩模根據所述可接受的0PC後的掩模布局被 製造。然後，在步驟120中，所述掩模被檢驗以辨別獨立的點缺陷，例如灰塵顆粒或小孔。在 步驟122中，所辨別的點缺陷被評估以確定是否所製造的掩模是可接受的。如果是，則所述 方法繼續步驟128 ;如果否，則所述方法繼續步驟124，在所述步驟124中掩模被評估以確定 是否是可修復的。如果掩模是可修復的，則所述方法繼續步驟126，在所述步驟126中，所述 掩模被修復，且之後所述方法回到步驟120 ;如果所述掩模是不可修復的，則所述方法回到 步驟118，在所述步驟118中，將製造新掩模。在可選的步驟128中，採用來自步驟114的模 擬信息調整所述光刻過程。這種信息可能包括用於被目標化的晶片檢驗或被優化的工藝條 件的熱斑報告。然而，由於在設計階段中，模擬基於名義條件(尤其，對於掩模誤差模型參 數的名義值)，所以這種前饋信息的有效性將受到限制。在步驟130中，採用所製造的(也 可能是所修復的)掩模印刷晶片。如圖1所示，現有技術的器件製造過程從0PC前的設計布局開始，所述0PC前的設 計布局通過應用0PC或其他RET限定對於0PC後的掩模布局的所需器件功能。將0PC前的 設計布局轉換成0PC後的掩模布局的所述過程通常很大程度上依賴於光刻過程的數值模 擬(例如基於模型的0PC和基於模型的設計驗證)並通常在設計被認為可接受之前可能需 要多次迭代。需要整個晶片的模擬以確定所述器件的所有元件將根據需要印刷在晶片上。 用於0PC生成和設計驗證的模擬可能例如採用如『758專利所述的光刻模擬系統，所述光刻 模擬系統能夠在考慮投影過程的光學屬性以及產品晶片上的抗蝕劑層的屬性的情況下，根 據掩模布局預測印刷的抗蝕劑或特徵輪廓。一旦所述掩模布局被確定為可接受的，則物理掩模將由掩模車間製造並傳送給生 產設備(fab)。該掩模可以採用現有的掩模檢驗工具檢驗，以便檢測和在可能情況下修理由 於例如在掩模製造工藝中的任何汙染造成的任何的點缺陷。隨後，所述掩模將被裝載入曝 光工具以印刷產品晶片。注意到，當詳細的模擬模型是掩模設計過程的中心部分時，一旦所 述掩模已經被製造，則以傳統的方式在整個光刻器件製造過程中沒有基於模型的信息被利用。在實際中，所述情況經常使得掩模製造工藝對於大量的不確定性開放(例如(^〔是否 已經被正確地在實際掩模上實現)。對於任何的新掩模，也可能存在以經驗為依據地(主要 通過試驗-錯誤)調整工藝參數、以生產例如足夠接近設計目標的印刷線寬的需要。結果， 如果任何系統掩模誤差已經在掩模製造工藝中產生，則可能需要很長時間和大量的印刷晶 片才能明確地檢測和修正這種誤差。因此，存在對於一定的系統和方法的強烈需求，所述系統和方法在考慮設計意圖 的情況下，驗證實際的光刻掩模的物理屬性和它們對於圖案印刷過程的影響。這種方法將 能夠在對任意晶片曝光之前對掩模進行預測式的和提前的資格鑑定，並也將能夠進行調整 或工藝修正，以對於給定的物理掩模優化所印刷的器件產量。這種工藝修正可以通過精確 地建模而確定，並可以例如涉及曝光劑量、焦點偏移、數值孔徑(嫩)_が8皿設定的調整，在 不同的曝光工具之間選擇，且當系統的掩模誤差修復技術是可行的時，對於掩模製造工藝 進行反饋，以修復系統的掩模誤差。

發明內容
公開了一種系統和方法，所述系統和方法用於檢驗製得的光刻掩模；從掩模的檢 驗數據中提取物理掩模數據；採用物理掩模數據生成系統掩模誤差數據；基於所述系統掩 模誤差數據形成具有系統掩模誤差參數的獨立的掩模誤差模型；驗證掩模和0 〔質量；採 用特定的掩模和/或特定的投影系統預測光刻過程的圖案化性能；以及預期工藝修正，所 述工藝修正優化圖案化性能以及最終器件產量。在一個實施例中，用於形成獨立的掩模誤差模型的方法包括從採用掩模布局數 據製造的掩模獲得掩模檢驗數據；確定所述掩模檢驗數據和所述掩模布局數據之間的差 別；基於所述掩模檢驗數據和所述掩模布局數據之間的差別生成系統掩模誤差；以及基於 所述系統掩模誤差數據為獨立的掩模誤差模型生成系統掩模誤差參數。在一個實施例中，用於形成獨立的掩模誤差模型的系統包括掩模檢驗工具，所述 掩模檢驗工具配置用於產生掩模檢驗數據；以及基於模型的掩模數據分析系統，所述基於 模型的掩模數據分析系統配置用於從所述掩模檢驗數據中提取物理掩模數據，以基於所提 取的物理掩模數據和掩模布局數據之間的差別確定系統掩模誤差數據，並配置用於採用所 述系統掩模誤差數據為獨立的掩模誤差模型生成系統掩模誤差參數。在一個實施例中，方法包括選擇光刻過程模型，所述光刻過程模型包括曝光工具 的光學模型和抗蝕劑模型；形成獨立的掩模誤差模型，所述掩模誤差模型表示採用掩模布 局數據製造的掩模；採用所述光刻過程模型和獨立的掩模誤差模型模擬光刻過程，以產生 經過模擬的圖案；確定所述經過模擬的圖案和設計目標之間的差別；以及基於所述經過模 擬的圖案和所述設計目標之間的差別優化曝光工具的設定。在一個實施例中，方法包括為多個曝光工具選擇多個光學模型，其中每一個光學 模型表示獨立的曝光工具；針對多個光學模型中的每一個，採用所述光學模型和針對掩模 的獨立的掩模誤差模型模擬光刻過程，以產生模擬結果；針對多個光學模型中的每一個，評 估模擬結果，以確定多個曝光工具中哪些與所述掩模實現最佳匹配；以及選擇最匹配的曝 光工具和用於晶片生產的掩模。


圖1是現有技術的光刻設計和製造過程的流程圖；圖2A是根據本發明的一個實施例的採用獨立的掩模誤差模型的掩模驗證方法步 驟的流程圖；圖2B是根據本發明的另一個實施例的採用獨立的掩模誤差模型的掩模驗證方法 步驟的流程圖；圖2C是根據本發明的另一個實施例的採用獨立的掩模誤差模型的掩模驗證方法 步驟的流程圖；圖3A是根據本發明的一個實施例的採用獨立的掩模誤差模型的模擬光刻過程的 方法步驟的流程圖；圖3B是根據本發明的一個實施例的用於形成獨立的掩模誤差模型的方法步驟的 流程圖；圖4是根據本發明的另一個實施例的採用掩模檢驗數據在多個採樣位置上形成 獨立的掩模誤差模型的方法步驟的流程圖；圖5A是根據本發明的一個實施例的用於在掩模車間形成獨立的掩模誤差模型的 基於模型的掩模數據分析系統的圖；圖5B是根據本發明的一個實施例的用於在生產設備中形成獨立的掩模誤差模型 的基於模型的掩模數據分析系統的圖；圖6是根據本發明的一個實施例的用於生成用於檢驗掩模的採樣方案的方法步 驟的流程圖；圖7A是根據本發明的一個實施例的採用掩模臨界尺寸(CD)的用於形成獨立的掩 模誤差模型和驗證掩模的方法步驟的流程圖；圖7B是根據本發明的一個實施例的採用空間圖像測量形成獨立的掩模誤差模型 和驗證掩模的方法步驟的流程圖；圖7C是根據本發明的一個實施例的採用光學掩模檢驗工具形成獨立的掩模誤差 模型和驗證掩模的方法步驟的流程圖；圖8是根據本發明的一個實施例的用於驗證掩模的方法步驟的流程圖；圖9是根據本發明的一個實施例的用於形成掩模製造工藝的名義上的掩模誤差 模型的方法步驟的流程圖；圖10A是根據本發明的另一個實施例的用於形成掩模製造工藝的名義上的掩模 誤差模型的方法步驟的流程圖；圖10B是根據本發明的另一個實施例的用於形成掩模製造工藝的名義上的掩模 誤差模型的方法步驟的流程圖。
具體實施例方式在實際中，由於掩模製造工具的缺陷和掩模製造工藝的變化，誤差(或缺陷，此後 「缺陷」與「誤差」可交替使用)在從0PC後的掩模布局到掩模上的實際圖案的圖案轉移過 程中總是被引入到最終製造的掩模中。掩模誤差是所製造的掩模圖案和打算在所述掩模上 製造的理想的0PC後掩模布局之間的差別。通常，掩模誤差分為兩類隨機掩模誤差和系統掩模誤差。隨機掩模誤差是不能用模型來描述而是在製造的掩模上隨機地和以統計規律 出現的誤差，例如過多的顆粒和小孔。系統掩模誤差是可以用模型描述的誤差，其中，所述 模型依賴於圖案環境(例如局部圖案密度、圖案尺寸、圖案間隔和圖案取向)和/或掩模上 的圖案位置。對於圖案環境的依賴性由例如掩模刻寫器電子束鄰近效應、電子束模糊效應 (fogging effect)、蝕刻負載效應和電子束感生襯底加熱效應造成。對於圖案位置的依賴 性由例如掩模刻寫器在掩模刻寫過程中的慢漂移和曝光後烘烤溫度的不均勻性造成。描述 所述系統掩模誤差的模型稱為「掩模誤差模型」或有時簡稱為「掩模模型」。所述掩模誤差 模型接受圖案環境和掩模上的圖案位置作為輸入，並輸出掩模誤差值，例如，⑶誤差、線邊 緣的粗糙度、位置誤差、蝕刻深度誤差和相移掩模的側壁夾角誤差等。CD誤差是在所製造的 掩模圖案和理想的0PC後的掩模布局之間的線寬差。所述定位誤差是在所製造的掩模圖案 和理想的0PC後的掩模布局圖案之間的圖案中心位置差。蝕刻深度誤差是在所製造的相移 掩模圖案和希望進入掩模襯底的設計溝槽深度之間的深度差，所述掩模襯底在當光束通過 掩模時提供必需的相移。所述線邊緣的粗糙度是線邊緣與光滑的理想形狀的偏差。所述側 壁夾角誤差是在所製造的掩模的線邊緣輪廓和理想的垂直線邊緣輪廓之間的角度差。掩模 製造工藝具有名義上的掩模誤差模型，所述名義上的掩模誤差模型描述由工藝引起的平均 掩模誤差，例如拐角的倒圓角和圖案的偏斜。每個獨立的物理掩模的系統誤差與名義上的 掩模誤差模型存在偏離。如在此所公開的，獨立的掩模的系統誤差由獨立的掩模誤差模型 描述。在一個實施例中，獨立的掩模誤差模型以經驗為依據建立，例如通過將實驗測量的拐 角倒圓角和偏斜相對所述圖案環境和圖案位置進行適配來實現。在另一個實施例中，獨立 的掩模誤差模型採用所述掩模製造工藝的第一主要物理過程模擬而建立，例如模擬掩模襯 底內部的電子軌跡，模擬抗蝕劑與電子的相互作用以及模擬在抗蝕劑顯影過程中的抗蝕劑 的化學過程。為了確定掩模誤差並形成獨立的掩模誤差模型，每個所製造的掩模通過檢驗工具 或量測工具進行測量，以獲得掩模檢驗數據。然而，所述掩模檢驗數據不一定準確地表示確 定掩模誤差所需要的所製造的物理掩模數據。誤差和變形由檢驗工具或量測工具引入掩模 檢驗數據，這是由於所述工具的非理想的測量傳遞函數。因此，為了精確地預期或測量所制 造的掩模上的物理掩模數據，在一個實施例中，所述檢驗工具或量測工具的經過校準的模 型，例如用於光學檢驗工具的光學模型，被應用於從所述檢驗工具或量測工具的輸出中提 取所製造的掩模的物理掩模數據。在從所述掩模檢驗數據和0PC後的掩模布局數據中所提 取的物理掩模數據之間的差別被表示為系統掩模誤差數據。在一個實施例中，所述系統掩 模誤差參數之後通過將所述系統掩模誤差數據與所述掩模誤差模型的輸入變量(例如圖 案環境和掩模上的圖案位置)進行適配來生成。獨立的掩模誤差模型最終通過將所述系統 掩模誤差參數應用於所述掩模誤差模型來形成。圖2A是根據本發明的一個實施例的採用獨立的掩模誤差模型的掩模驗證方法步 驟的流程圖。在步驟210中，掩模根據可接受的0PC後的掩模布局製造。在步驟212中，所 述掩模採用多個可能的量測工具中的任意工具(如下文所更詳細地討論的)被檢驗，以產 生掩模檢驗數據。所述掩模檢驗數據被分析用於提取針對所述掩模的系統掩模誤差數據， 且系統掩模誤差參數之後根據所述系統掩模誤差數據確定。在步驟214中，獨立的掩模誤 差模型針對被檢驗的具體的掩模而形成。所述獨立的掩模誤差模型包括基於所提取的系統掩模誤差數據的系統掩模誤差參數。用於形成所述獨立的掩模誤差模型的方法的一個 實施例在下文中結合圖3B進行討論。在步驟216中，光刻過程採用所述獨立的掩模誤差模 型和光刻過程的預校準模型(包括例如光學模型和抗蝕劑模型)針對完整的器件設計進 行模擬、以產生經過模擬的圖案。在一個實施例中，光刻過程的所述預校準模型是在發明 名稱為 「System and Method for Creating a Focus-Exposure Model of a Lithography Process」的美國專利申請No. 11/461, 994中公開的聚焦曝光模型，所述專利申請的主題以 引用的方式整體併入本文中。在步驟218中，獲得0PC前的設計布局。所述0PC前的設計布 局用於產生被用於製造掩模的0PC後的布局。在步驟220中，所述經過模擬的圖案與0PC前 的設計布局相比，以確定是否所製造的掩模將在對任何晶片曝光之前呈現所需的圖案化性 能，即不需要昂貴的曝光和晶片量測工具時間，且不會導致產品晶片由於系統掩模誤差而 在之後被遺棄的結果。如果，在步驟222中，所製造的掩模被確定以能夠呈現所需的圖案化 性能，則所述方法繼續步驟228 ;如果否，則所述方法繼續步驟224，在步驟224中，所述掩模 被評估以確定是否其是可修復的或可重新加工的。如果所述掩模是可修復的或可重新加工 的，則所述方法繼續步驟226，在步驟226中，所述掩模基於採用獨立的掩模誤差模型所產 生的經過模擬的圖案被修復或重新加工，並且所述方法返回步驟212，在步驟212中，檢驗 所述經過修復或經過重新加工的掩模。採用獨立的掩模誤差模型產生的所述經過模擬的圖 案將重要的信息提供給掩模修復工具。例如，場內的CD變化可以通過採用快速脈衝雷射技 術而被修正，所述快速脈衝雷射技術採用得自所述經過模擬的圖案的場內CD均勻分布，所 述經過模擬的圖案採用獨立的掩模誤差模型。(見"⑶Variations Correction by Local Transmission Control of Photomasks Done with a Novel Laser Based Process," E. Zait,et al. , Metrology,Inspection,and Process Control for Microlithography XX, Chas N. Archie, Editor, Proc. SPIE, Vol. 6152, (2006))。如果所述掩模是不可修復的或不 可重新加工的，則所述方法返回步驟210，在步驟210中，將製造新掩模。能夠將確定的前饋信息從所述經過模擬的圖案提供給晶片生產過程。在圖2A中， 該前饋可能性如可選的步驟228所示，在所述步驟228中，所述曝光工具的工藝調節參數採 用來自所述經過模擬的圖案的信息而被調整。在步驟230中，晶片採用所述掩模而被印刷。圖2A的方法的一部分(步驟210-226)可以在將掩模傳送給生產設備之前在掩模 車間中進行，而圖2A的方法的另一部分(步驟212-222)可以在所述生產設備中進行，以便 對輸入的掩模進行量化。由於不需要對實際晶片進行曝光、顯影和量測，所以採用利用獨立 的掩模誤差模型生成的經過模擬的圖案的掩模驗證導致顯著的時間和成本節約。這也為掩 模和0PC質量控制以及提前預期工藝修正的能力提供可量化的基礎，所述工藝修正將針對 所使用的特定的掩模優化器件設計的公共工藝窗口。例如，採用獨立的掩模誤差模型生成 的經過模擬的圖案可以被用於為所述特定的掩模、從多個可行的曝光工具中選擇出優化曝 光工具，所述選擇通過檢查哪個曝光工具的光學模型在與掩模的獨立的掩模誤差模型結合 時形成優化的經過模擬的圖案而被進行。在另一個示例中，所述曝光工具的設定可以通過 檢查何種設定將在與掩模的獨立的掩模誤差模型結合時產生優化的經過模擬的圖案而被 優化。圖2B是根據本發明的另一個實施例的採用獨立的掩模誤差模型的用於掩模驗證 的方法步驟的流程圖。在步驟240中，掩模根據可接受的0PC後的掩模布局製造。在步驟242中，所述掩模採用多個可能的量測工具中的任意工具(如下文所更詳細地討論的)被 檢驗，以產生掩模檢驗數據。所述掩模檢驗數據被分析用於提取針對所述掩模的系統掩模 誤差數據，且系統掩模誤差參數根據所述系統掩模誤差數據確定。在步驟244中，獨立的掩 模誤差模型針對被檢驗的具體的掩模而形成。所述獨立的掩模誤差模型包括基於所提取的 系統掩模誤差數據的系統掩模誤差參數。用於形成所述獨立的掩模誤差模型的方法的一 個實施例在下文中結合圖3B進行討論。在步驟246中，光刻過程採用所述獨立的掩模誤 差模型和光刻過程的預校準模型(包括例如光學模型和抗蝕劑模型)針對完整的器件設計 進行模擬以產生經過模擬的圖案。在一個實施例中，光刻過程的所述預校準模型是在發明 名稱為 「System and Method for Creating a Focus-Exposure Model of a Lithography Process」的美國專利申請No. 11/461, 994中公開的聚焦曝光模型，所述專利申請的主題以 引用的方式整體併入本文中。在步驟248中，光刻過程採用名義上的掩模誤差模型和光刻 過程的模型被模擬，以產生名義上的經過模擬的圖案。所述名義上的掩模誤差模型包括模 型參數，所述模型參數表示工藝引起的平均掩模誤差，並且在下文中還將結合圖9-10B進 行描述。所述名義上的掩模誤差模型不基於所述獨立的掩模的掩模檢驗數據，而是可以採 用測試掩模進行獨立地校準，或者可以通過對多個之前檢驗的掩模的獨立的掩模誤差模型 進行平均而獲得。名義上的掩模誤差模型可能已經作為在針對所述獨立的掩模的0PC修正 中使用的光刻過程模型的一部分而被包括，如以上結合圖1和美國專利No. 11/461，994所 討論的。在步驟250中，所述經過模擬的圖案與所述名義上的經過模擬的圖案相比，以確 定是否所製造的掩模將在對任何晶片曝光之前呈現所需的圖案化性能，即，不需要昂貴的 曝光和晶片量測工具時間，且不會導致由於系統掩模誤差而使產品晶片在以後被遺棄的結 果。如果，在步驟252中，所製造的掩模被確定以能夠呈現所需的圖案化性能，則所述方法 繼續步驟258 ;如果否，則所述方法繼續步驟254，在步驟254中，所述掩模被評估以確定是 否其是可修復的或可重新加工的。如果所述掩模是可修復的或可重新加工的，則所述方法 繼續步驟256，在步驟256中，所述掩模基於採用獨立的掩模誤差模型所產生的經過模擬的 圖案被修復或重新加工，並且所述方法返回步驟242，在步驟242中，檢驗所述經過修復或 經過重新加工的掩模。如果所述掩模是不可修復的或不可重新加工的，則所述方法返回步 驟240，在步驟240中，將製造新掩模。能夠將確定的前饋信息從所述經過模擬的圖案提供給晶片生產過程。在圖2B中， 該前饋可能性如可選的步驟258所示，在所述步驟258中，所述曝光工具的工藝調節參數採 用來自所述經過模擬的圖案的信息而被調整。在步驟260中，晶片採用所述掩模而被印刷。圖2C是根據本發明的另一個實施例的採用獨立的掩模誤差模型的用於掩模驗證 的方法步驟的流程圖。在步驟270中，掩模根據可接受的0PC後的掩模布局製造。在步驟 272中，所述掩模採用多個可能的量測工具中的任意工具(如下文所更詳細地討論的)被檢 驗，以產生掩模檢驗數據。所述掩模檢驗數據被分析用於提取針對所述掩模的系統掩模誤 差數據，且系統掩模誤差參數根據所述系統掩模誤差數據生成。在步驟274中，獨立的掩模 誤差模型針對被檢驗的具體的掩模而形成。所述獨立的掩模誤差模型包括採用所提取的系 統掩模誤差數據而形成的系統掩模誤差參數。用於形成所述獨立的掩模誤差模型的方法的 一個實施例在下文中結合圖3B進行討論。在步驟276中，光刻過程採用所述獨立的掩模誤 差模型和光刻過程的預校準模型(包括例如光學模型和抗蝕劑模型)針對完整的器件設計進行模擬，以產生經過模擬的圖案。在一個實施例中，光刻過程的所述預校準模型是在發明 名稱為 「System and Method for Creating a Focus-Exposure Model of a Lithography Process」的美國專利申請No. 11/461, 994中公開的聚焦曝光模型，所述專利申請的主題以 引用的方式整體併入本文中。在步驟278中，光刻過程採用0PC後的掩模布局和光刻過程 的模型被直接模擬，以產生理想的經過模擬的圖案。所述0PC後的掩模布局表示無誤差的 「完美的」掩模。在步驟280中，所述經過模擬的圖案與所述理想的經過模擬的圖案相比，以 確定是否所製造的掩模將在對任何晶片曝光之前呈現所需的圖案化性能，即，不需要昂貴 的曝光和晶片量測工具時間，且不會導致由於系統掩模誤差而使產品晶片在以後被遺棄的 結果。如果，在步驟282中，所製造的掩模被確定以能夠呈現所需的圖案化性能，則所述方 法繼續步驟288 ;如果否，則所述方法繼續步驟284，在步驟284中，所述掩模被評估以確定 是否其是可修復的或可重新加工的。如果所述掩模是可修復的或可重新加工的，則所述方 法繼續步驟286，在步驟286中，所述掩模基於採用獨立的掩模誤差模型所產生的經過模擬 的圖案被修復或重新加工，並且所述方法返回步驟272，在步驟272中，檢驗所述經過修復 或經過重新加工的掩模。如果所述掩模是不可修復的或不可重新加工的，則所述方法返回 步驟270，在步驟270中，將製造新掩模。能夠將確定的前饋信息從所述經過模擬的圖案提供給晶片生產過程。在圖2C中， 該前饋可能性如可選的步驟288所示，在所述步驟288中，所述曝光工具的工藝調節參數採 用來自所述經過模擬的圖案的信息而被調整。在步驟290中，晶片採用所述掩模而被印刷。多種不同的量測工具可以被用於檢驗掩模以產生掩模檢驗數據，所述掩模檢驗數 據將被分析用於提取系統掩模誤差數據，所述系統掩模誤差數據用於為所述獨立的掩模 誤差模型生成所述系統掩模誤差參數。這些量測工具包括，但不限於常規的光學掩模檢 驗工具、臨界尺寸掃描電子顯微鏡(⑶-SEM)或成像掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡 (AFM)或散射儀系統、或者空間圖像測量系統(AMS)工具。在一個實施例中，包括圖像傳 感器陣列的傳感器晶片被用於測量空間圖像，所述空間圖像從掩模原位投影，即在實際的 照射和投影條件下在曝光工具的晶片平面上以正確的曝光波長，以驗證和能夠不僅優化掩 模的性能而且優化在晶片生產過程中使用的掩模曝光工具組合。用於測量由曝光工具所 產生的空間圖像的圖像傳感器陣列的一個實施例在發明名稱為「System and Method for Lithography Process Monitoring and Control」 的美國專利 No. 6，803，554 中公開，所述 專利的主題以引用的方式整體併入本文中。用於提取用於生成系統掩模誤差參數的掩模的系統掩模誤差數據的任何掩模量 測技術通常將不需要掩模的全曝光場檢驗，而是可以基於有限數量的樣本。所述與傳統的 掩模檢驗的量化差別需要全曝光場檢驗以辨別點缺陷，所述量化差別是採用多種檢驗工具 中的任何工具從所述系統掩模誤差數據中提取系統掩模誤差數據和生成系統掩模誤差參 數的過程具有很大靈活性的原因。在本發明的一個實施例中，在曝光場內的合適的採樣位 置通過軟體工具自動地辨別，所述軟體工具可以基於被檢驗的掩模的0PC後的布局信息與 光刻模擬系統集成。同時，當優選地所述系統掩模誤差參數針對在光刻過程模擬中使用的獨立的掩模 誤差模型而被明確地生成時，掩模質量也通過採用光刻模擬系統被檢測和驗證，以通過對 模擬和實際測量之間的吻合度的量測進行量化和/或通過為所述量測制定合適的邊界作為通過/不通過的標準，來「向前」計算每個量測工具上的掩模測量的期望的結果(例如， 在掃描儀中被圖像傳感器陣列測量的圖像)。另外，當採用獨立的掩模誤差模型模擬光刻過程適合於對獨立的製造的掩模進行 特徵化時，採用名義上的掩模工藝模型模擬光刻過程也可以被用於對具體的掩模製造工藝 或特定的掩模製造工具而不是獨立的掩模進行特徵化。在優選實施例中，具有明確定義的 圖案變化的具體的測試掩模被檢驗以產生針對掩模製造過程而不是產品掩模的名義上的 掩模工藝模型，所述圖案變化完全覆蓋系統掩模誤差參數的相關參數空間。針對掩模製造 工藝的所述名義上的掩模工藝模型還將在下文結合圖9-10B進行描述。在另一個實施例中，對於針對掩模製造工藝系統的名義上的掩模工藝模型的系統 掩模誤差參數根據所述掩模製造工藝的經驗模型或第一原理模型確定。所述掩模製造工藝 通常採用與晶片印刷工藝相類似的技術，即通過刻寫工具對抗蝕劑進行曝光、抗蝕劑的顯 影、和掩模襯底的後續蝕刻。在掩模製造工藝參數的合適的校準之後，類似於用於光刻過程 模擬的模擬系統的模擬系統可以被用於提取系統掩模誤差數據，並然後生成系統掩模誤差 參數。下面，將提供關於本發明的一定的方面和具體實施例的更多細節。這些具體的實 施例的任意描述被作為用於示出主要原理的示例，而不是將本發明限制於這些特定的實施 例。重要地，注意到，光刻過程的模型包括獨立的模塊，所述模塊表示掩模屬性(掩 模模型，例如獨立的掩模誤差模型)；照射和投影系統的光學屬性，例如數值孔徑、部分相 乾性、照射分布和像差(光學模型)；以及抗蝕劑屬性(抗蝕劑模型)。模型的可分離性的 重要性已經在別處進行了詳細的討論；簡言之，簡化的「集中模型」存在，並可能能夠在一定 程度上預期光刻過程的性能。然而，光刻過程的分離的模型更接近地反映了物理實際，並導 致更精確的和更穩定的魯棒預期，尤其是在工藝參數(例如在整個工藝窗口上)變化的條 件下。獲得這種精確預期的系統和方法在發明名稱為「System and Method for Creating a Focus-Exposure Model of a Lithography Process」的美國專利申請No. 11/461，994 中 公開。尤其，在美國專利申請11/461，994中，公開了用於為光刻過程形成聚焦曝光模型的 系統和方法。所述系統和方法採用沿著多維參數變量的校準數據，尤其在曝光離焦工藝窗 口空間內。所述系統和方法提供一組統一的模型參數值，所述參數值導致在名義上的工藝 條件下更好的模擬精度和魯棒性，以及在經過整個工藝窗口區域的任何連續點上預期光刻 性能的能力，而不需要在不同的設定下重新校準。採用獨立的掩模誤差模型結合聚焦曝光 模型的模擬提供高真實度的經過模擬的圖案，所述圖案可以被用於精確地預期晶片印刷工 藝的性能。圖3A是根據本發明的一個實施例的用於採用獨立的掩模誤差模型模擬光刻過程 的方法步驟的流程圖。在步驟310中，獲得用於示出器件的設計意圖的0PC前的設計布局。 然後，在步驟312中，獲得0PC後的掩模布局。通過將0PC和其他RET應用於所述0PC前 的設計布局形成0PC後的掩模布局。在步驟314中，形成採用0PC後的掩模布局製造的掩 模的獨立的掩模誤差模型。用於形成獨立的掩模誤差模型的方法的一個實施例在下文中結 合圖3B討論。然後，在步驟316中，採用曝光工具的獨立的掩模誤差模型和光學模型(例 如在美國專利申請No. 11/461,994中公開的聚焦曝光模型的光學模型)模擬曝光過程，以產生經過模擬的空間圖像，即被投影到塗覆有抗蝕劑的晶片上的經過模擬的圖案。在步驟 318中，採用經過模擬的空間圖像和抗蝕劑模型模擬在抗蝕劑層中的圖案的形成，以產生經 過模擬的圖案。然後，在步驟320中，所述經過模擬的圖案被分析用於確定抗蝕劑中的所印 刷的圖案的預期臨界尺寸和輪廓。模型分離性意味著光刻過程模型的分離模塊可以被獨立地校準、調諧或調整，以 便反映由所述模型分量所描述的物理實體的屬性或變化。例如，如果已知的掩模被用在不 同的曝光工具上或以不同的光學設定(例如數值孔徑或sigma)使用，則不同的光學模型可 以被結合相同的獨立的掩模誤差模型使用。採用相同的獨立的掩模誤差模型以及不同的曝 光工具的不同光學模型的光刻模擬可以被用於辨別曝光工具，所述曝光工具將採用由獨立 的掩模誤差模型所表示的掩模提供最佳的性能。清楚地，獨立的掩模誤差模型被要求用於 正確地描述所述掩模的物理類型，即，衰減和相移水平。所述獨立的掩模誤差模型也明確地 考慮與掩模製造工藝相關的系統變化或缺陷。這些變化或缺陷可能包括實際掩模線寬對所 設計的線寬的整體偏離；這種偏離在掩模區域上的空間變化；這種偏離隨著間距、圖案密 度或取向的變化。除去偏離之外，由獨立的掩模誤差模型所描述的系統掩模誤差還可以包 括拐角倒圓角的半徑或線邊緣的粗糙度。所述獨立的掩模誤差模型也可以採用在光和掩模 結構之間相互作用的更詳細的三維建模。圖3B是根據本發明的一個實施例的用於形成獨立的掩模誤差模型的方法步驟的 流程圖。在步驟330中，獲得0PC後的掩模布局，通常為GDSII格式的CAD文件，並形成用 於0PC後的掩模布局的名義上的掩模誤差模型。在步驟332中，獲得採用0PC後的掩模布 局製造的掩模。在步驟334中，所述掩模以合適的檢驗工具進行檢驗，以產生掩模檢驗數 據。在步驟336中，所述掩模檢驗數據被分析用於辨別全局的線寬偏離，且所述全局的線寬 偏離被應用於名義上的掩模誤差模型，產生經過更新的掩模誤差模型。當在掩模上形成的 線寬系統地區別於所有線寬的設計值時，出現全局的線寬偏離。在可選的步驟338中，所 述掩模檢驗數據被分析用於辨別全局的相位偏離，且所述全局的相位偏離被應用於經過更 新的掩模誤差模型。對於相移掩模，可能在所設計的和所製造的相位階躍之間出現全局的 偏置。僅僅當所製造的掩模是相移掩模時，將應用可選的步驟338。在步驟340中，所述掩 模檢驗數據被分析用於辨別依賴於圖案的線寬或偏離的變化，且這些變化被應用於所述經 過更新的掩模誤差模型。這些變化可能包括依賴於圖案取向的變化、依賴於圖案密度的變 化(例如對於密集的線圖案的間距依賴性)、或在所述掩模的區域上的臨界尺寸的系統變 化。在步驟342中，所述掩模檢驗數據被分析用於辨別拐角的倒圓角效應，且所述拐角的倒 圓角效應被應用於經過更新的掩模誤差模型。所述拐角的倒圓角效應可以通過在圖像處理 中公知的形態學操作或低通濾波或與例如二維高斯函數的卷積而被建模。在步驟344中， 所述掩模檢驗數據被分析用於辨別其他的系統掩模誤差參數，以精確地描述所述掩模的特 徵，且這些系統掩模誤差參數被應用於經過更新的掩模誤差模型。在步驟346中，採用所有 的系統掩模誤差參數進行更新的掩模誤差模型被表示為獨立的掩模誤差模型。所述獨立的 掩模誤差模型反映了修改原有的0PC後的設計布局的操作以及這些操作的特定參數組。提取用於形成獨立的掩模誤差模型的系統掩模誤差參數通常將不需要全場掩模 檢驗。這種提取可能基於來自在掩模中代表性的位置的合適的經過選擇的採樣的掩模檢驗 數據。圖4是根據本發明的另一個實施例的用於採用來自多個採樣位置的掩模檢驗數據形成獨立的掩模誤差模型的萬法步驟的流程圖。在步驟410中，產生示出器件的設計意圖的 OPC前的設計布局。在步驟412中，採用OPC和其他RET處理OPC前設計布局，以產生OPC 後的掩模布局，且形成用於OPC後的掩模布局的名義上的掩模誤差模型。在步驟414中，採 用光刻過程的模型(包括例如光學模型和抗蝕劑模型)和名義上的掩模誤差模型對光刻過 程進行模擬，以產生初始的經過模擬的圖案。在步驟416中，生成用於檢驗採用OPC後的掩 模布局製造的掩模的採樣方案。所述採樣方案包括採樣位置，在所述採樣位置上，所述掩模 將通過量測工具和檢驗處方而被檢驗。在一個實施例中，通過與光刻模擬系統集成的軟體， 從初始的經過模擬的圖案中確定所述採樣位置。所述OPC後的掩模布局能夠用於光刻模擬 系統，因此所述光刻模擬系統可以辨別對於特定掩模的採樣位置和測量選項。採樣位置應 當被選擇用於覆蓋儘可能寬範圍的參數空間，所述參數空間影響系統的模誤差，例如圖案 密度、圖案取向、圖案間距、圖案尺寸、圖案極性、不同取向和極性的拐角、間隔變化的線端 以及位於在掩模區域(例如，3x3位置矩陣)上的多個位置等。形成採樣方案還在下文結合 圖6進行討論。在步驟418中，掩模根據0PC後的掩模布局而製造。在步驟420中，所述製造的掩 模根據採樣方案在量測工具中被檢驗，以生產掩模檢驗數據。在步驟422中，數據擬合過程 通過使系統掩模誤差數據適配於所述掩模誤差模型的輸入變量(例如圖案環境和掩模上 的圖案位置)確定獨立的掩模誤差模型的系統掩模誤差參數的優化值，其中所述系統掩模 誤差數據基於在從掩模檢驗數據中所提取的物理掩模數據和0PC後的掩模布局數據之間 的差別。所述數據擬合過程採用系統掩模誤差參數作為擬合參數，所述擬合參數被優化以 便提供在掩模檢驗數據和0PC後掩模布局之間的最佳吻合度。所述數據擬合過程可以是用 於設計驗證的相同的光刻模擬系統的集成部分，或者其可以是獨立的光刻模擬和數據分析 系統的一部分，所述系統可能具有用於上述光刻模擬系統的數據接口，以將採樣信息與系 統掩模誤差參數進行通信。最終，在步驟424中，採用系統掩模誤差參數的優化值形成獨立 的掩模誤差模型。在一個實施例中，用於形成獨立的掩模誤差模型的獨立的光刻模擬和數據分析系 統包括用於從掩模檢驗數據中提取系統掩模誤差數據並從所提取的系統掩模誤差數據中 生成系統掩模誤差參數的計算平臺和軟體程序。所述系統還包括用於設計模擬系統的數據 接口(例如經由區域網或廣域網)，以使得採樣信息或設計信息可以被設置在下遊，且經過 更新的系統掩模誤差參數可以被設置在上遊，回到所述設計模擬系統。在另一個實施例中， 光刻模擬和數據分析系統被集成在掩模量測工具內，而不是在分離的計算平臺上被實現。圖5A是根據本發明的一個實施例的用於在掩模車間中形成獨立的掩模誤差模型 的基於模型的掩模數據分析系統的圖。基於模型的掩模數據分析系統522位於掩模車間 520,以辨別掩模的系統掩模誤差數據。設計中心510提供0PC後的掩模布局512和用於掩 模檢驗工具的採樣方案514給基於模型的掩模數據分析系統522。基於模型的掩模數據分 析系統522基於採樣方案514將量測處方528提供給量測工具530。量測工具530可能是 典型地在掩模車間中發現的任何一種量測工具，例如CD-SEM。量測工具530根據量測處方 528檢驗掩模(未示出)，並將得到的量測數據532 (例如圖像和臨界尺寸)提供給基於模 型的掩模數據分析系統522。基於模型的掩模數據分析系統522分析量測數據532以提取 系統掩模誤差數據，並根據所提取的系統掩模誤差數據生成系統掩模誤差參數524，並形成獨立的掩模誤差模型526。基於模型的掩模數據分析系統522還可以更新已有的獨立的掩 模誤差模型，並確定0PC後的設計布局驗證數據。基於模型的掩模數據分析系統522將獨 立的掩模誤差模型526發送給設計中心510，設計中心510採用獨立的掩模誤差模型526產 生對於0PC和RET設計驗證、工藝窗口和熱斑分析的設計模擬516。基於模型的掩模數據 分析系統522還將系統掩模誤差參數524發送給位於生產設備540中的生產設備處理控制 542。在生產設備中，除去量測工具之外的其他工具可以被用於掩模檢驗。圖5B是根據 本發明的一個實施例的用於在生產設備550上形成獨立的掩模誤差模型的基於模型的掩 模數據分析系統560的圖。基於模型的掩模數據分析系統560分析掩模檢驗數據以提取系 統掩模誤差數據，並根據所提取的系統掩模誤差數據生成系統掩模誤差參數564，並形成獨 立的掩模誤差模型562。設計中心510將0PC後的掩模布局512和採樣方案514提供給基 於模型的掩模數據分析系統560。基於模型的掩模數據分析系統560基於採樣方案514將 量測處方566提供給量測工具570，例如⑶-SEM，所述量測工具570根據量測處方566測量 掩模(未示出)並將得到的量測數據(例如圖像和臨界尺寸)572提供給基於模型的掩模 數據分析系統560。基於模型的掩模數據分析系統560也可以基於米用方案514將曝光處 方568發送給曝光工具580，例如掃描器。在曝光工具580中，圖像傳感器陣列582 (例如美 國專利No. 6，803，554的圖像傳感器陣列)測量採用掩模根據曝光處方568產生的空間圖 像，並將空間圖像數據(未示出)發送給基於模型的掩模數據分析系統560。基於模型的掩 模數據分析系統560分析量測數據572和/或空間圖像數據以提取系統掩模誤差數據，並 根據所提取的系統掩模誤差數據生成系統掩模誤差參數564，且形成獨立的掩模誤差模型 562。基於模型的掩模數據分析系統560也可以將經過更新的獨立的掩模誤差模型和0PC 後的設計布局驗證數據提供給設計中心510，所述設計中心510採用所述信息產生用於0PC 和RET設計驗證、工藝窗口和熱斑分析的設計模擬516。基於模型的掩模數據分析系統560 也將系統掩模誤差參數564發送給生產設備處理控制552。生成用於從掩模檢驗數據精確地生成系統掩模誤差參數的採樣方案的主要目的 是通過所選擇的採樣位置提供系統掩模誤差參數空間的充分覆蓋。圖6是根據本發明的一 個實施例的用於生成用於檢驗掩模的採樣方案的方法步驟的流程圖。在步驟610中，採用 獨立的掩模誤差模型、在掩模檢驗數據和經過模擬的圖案之間的數據擬合過程中可能發生 改變的多個系統掩模誤差參數在光刻過程模型的情況內定義，所述光刻過程模型包括光學 模型、抗蝕劑模型和獨立的掩模誤差模型。所述系統掩模誤差參數包括選擇可最顯著地變 化的掩模誤差參數或對圖案化性能具有最大影響(可能基於敏感性分析)的掩模誤差參 數，或者包括寬範圍的系統掩模誤差參數。然後，在步驟612中，相關值的範圍對於每個系 統掩模誤差參數而確定，通常在多維掩模誤差參數空間內限定一區域。作為簡單的示例，掩 模誤差參數空間可以包括名義上的線寬變化的圖案線，並覆蓋間距範圍或局部圖案密度。 在步驟614中，合適的採樣位置通過搜索算法在0PC後的掩模布局內確定，所述搜索算法確 定在先前限定的參數空間內具有代表性的值的特徵性圖案特徵。採樣位置也可以從0PC後 的掩模布局直接選擇，以覆蓋儘可能寬範圍的參數空間，所述參數空間影響系統掩模誤差， 例如圖案密度、圖案取向、圖案間距、圖案尺寸、圖案極性、不同取向和極性的拐角、間隔變 化的線端以及位於在掩模區域(例如，3x3位置矩陣)上的多個位置等。在步驟616中，利用所確定的採樣位置的所述參數空間的覆蓋的密度和範圍被評估以確定所述參數空間的 覆蓋是否充分。如果是，則所述方法繼續步驟618 ;如果否，則所述方法返回步驟614，在步 驟614中，搜索算法一直重複到參數空間的覆蓋充分。在步驟618中，基於所選擇的採樣位 置生成採樣方案。然後，在步驟620中，所述採樣方案被提供給掩模檢驗工具或量測工具。圖7A是根據本發明的一個實施例的用於形成獨立的掩模誤差模型和採用掩模臨 界尺寸測量驗證掩模的方法步驟的流程圖。在圖7A中的實施例中，為了表示方便，所述獨 立的掩模誤差模型的特徵僅在於掩模臨界尺寸的線寬在所述掩模的區域上的掩模臨界尺 寸線寬的系統變化。可以採用其他的或附加的系統掩模誤差參數，例如拐角倒圓角或線邊 緣粗糙度。在步驟710中，獲得器件的0PC後的掩模布局。在步驟712中，確定在0PC後的 掩模布局中的採樣位置。在步驟714中，生成用於檢驗採用0PC後的掩模布局製造的掩模 的採樣方案。在一個實施例中，採用圖6的方法生成所述採樣方案。然後，在步驟716中， 獲得根據0PC後的掩模布局製造的掩模，且CD-SEM工具被用於根據所述採樣方案直接測量 掩模上的線寬。在另一個實施例中，成像SEM也被用於確定兩維的基於圖像的掩模誤差參 數，例如拐角的倒圓角。在步驟718中，所測量的線寬(掩模CD)與在0PC後的掩模布局中 的所設計的線寬值(設計CD)相比較(假定CD-SEM工具已經被校準)。例如，將掩模線寬 偏離(即實際的臨界尺寸與設計的臨界尺寸的偏差)與線寬尺寸匹配的過程將對在考慮中 的具體掩模的依賴於圖案尺寸的偏離的非線性進行特徵化。在步驟720中，採用掩模CD誤 差數據針對獨立的掩模誤差模型生成系統掩模誤差參數，其中所述掩模CD誤差數據基於 在掩模CD值和所設計的CD值之間的差別。可以採用參數擬合或查表的方法產生系統掩模 誤差參數。在步驟722中，採用光刻過程的模型(包括例如光學模型和抗蝕劑模型)和獨 立的掩模誤差模型模擬光刻過程，以產生經過模擬的圖案。然後，在步驟724中，經過模擬 的圖案被分析以確定具體掩模的熱斑和其他設計缺陷、工藝修正以及工具匹配信息。所述 工藝修正可以包括焦點偏移和對於曝光工具的NA和sigma設定的改變。經過模擬的圖案 也可以被用於採用結合圖2A-2C的任何上述方法驗證掩模和0PC質量，並確定光刻過程的 工藝窗口。圖7B是根據本發明的另一個實施例的用於形成獨立的掩模誤差模型和採用空間 圖像測量驗證掩模的方法步驟的流程圖。圖7B的方法類似於圖7A的方法，而僅僅是在步 驟736中，空間圖像傳感器(例如包括圖像傳感器陣列的傳感器晶片)被用於測量在實際 生產的曝光工具中從掩模投影的圖像。在一個實施例中，採用圖像傳感器陣列測量空間圖 像根據美國專利No. 6，803，554的公開內容而被實現。採用『554專利的圖像傳感器陣列測 量空間圖像的操作提供在所述曝光工具的曝光場上的上百萬個採樣位置上的高解析度圖 像碎片形式的大量數據。儘管所測量的空間圖像(或更精確地說，傳感器圖像)可能不直 接地表示線寬和襯底上的其他量測，但是所測量的空間圖像數據的合適的分析和校準可以 通過模擬在曝光工具中的空間圖像形成過程而被限定。例如，已知掩模線寬的小改變將首 先導致整個信號強度的改變，所述信號強度可以例如通過在所測量的空間圖像中的線的橫 截面上的綜合的信號電平來測量。類似地，在掩模上總的接觸面積或其他小特徵可以在圖 像上被直接測量，甚至對於太小以至於無法印刷的特徵(例如輔助條紋或其他亞解析度輔 助特徵)。根據這種測量，特徵尺寸和特徵尺寸隨圖案密度在場上的變化可以作為系統掩 模誤差參數明確地被得出。替代地，獨立的掩模誤差模型的確定部分可以以更可直接測量的參數的形式表達，例如接觸能或相對信號電平。可以進而通過在多種條件下(例如通過 焦點)採用多NA-sigma設定或不同源的極化獲取數據來促進確定的系統掩模誤差參數的 提取。例如，相移掩模的參數可能具有特徵性的通過焦點的行為，以使得在多個聚焦設定下 測量的空間圖像數據將允許實際的掩模屬性的更好特徵化。最後，如圖7A所示，反映實際 生產的掩模的物理結構的獨立掩模誤差模型被用於圖案化性能的模擬、掩模驗證和工藝修 正。在圖7B的實施例中，為了表示方便，獨立的掩模誤差模型的特徵僅在於在所述掩 模的區域上的掩模臨界尺寸線寬的系統變化。可以採用其他的或附加的掩模誤差參數，例 如拐角的倒圓角或線邊緣的粗糙度。在步驟730中，獲得產品的0PC後的掩模布局。在步 驟732中，確定在0PC後掩模布局中的採樣位置。在步驟734中，生成用於檢驗採用0PC後 的掩模布局製造的掩模的採樣方案。在一個實施例中，採用圖6所示的方法生成採樣方案。 在步驟736中，獲得根據0PC後的掩模布局製造的掩模，並根據採樣方案採用圖像傳感器陣 列測量由用於曝光工具的掩模產生的空間圖像。在步驟738中，掩模CD值從空間圖像測量 數據和曝光工具和圖像傳感器陣列的光學模型提取。在步驟740中，所述掩模CD值與在 0PC後的掩模布局中的設計⑶值相對比，以基於掩模⑶值和設計⑶值之間的差別生成掩 模⑶誤差數據。在步驟742中，對於獨立的掩模誤差模型從掩模⑶誤差數據生成系統掩 模誤差參數。可以採用參數擬合或查表的方法生成所述系統掩模誤差參數。然後，在步驟 744中，採用光刻過程的模型(包括例如光學模型和抗蝕劑模型)和獨立的掩模誤差模型模 擬光刻過程，以產生經過模擬的圖案。在步驟746中，經過模擬的圖案被分析以確定具體的 掩模的熱斑和其他設計缺陷、工藝修正以及工具匹配信息。所述工藝修正可以包括焦點偏 移和對於曝光工具的NA和sigma設定的改變。經過模擬的圖案也可以被用於採用上述結 合圖2A-2C的任何方法驗證掩模和0PC質量，以及確定光刻過程的工藝窗口。圖7C是根據本發明的另一個實施例的用於形成獨立的掩模誤差模型和採用光學 掩模檢驗工具驗證掩模的方法步驟的流程圖。圖7C的方法類似於圖7A的方法，而僅僅是在 步驟756中，光學掩模檢驗工具(通常用於掩模汙染物檢驗或點缺陷檢測)被用於檢驗掩 模。光學掩模檢驗工具通常設計為完全覆蓋整個掩模面積，因此，辨別採樣位置和根據0PC 後的掩模布局生成採樣方案的步驟是可選的。全局的或緩慢變化的系統掩模誤差參數可以 根據光學掩模檢驗工具而確定，如發明名稱為「Apparatus and Methods for Collecting Global Data during a Mask Inspection」 的美國專利 No. 6，516，085 所述,所述專利的主 題以引用的方式整體併入本文中。在圖7C的實施例中，為了表示方便，獨立的掩模誤差模型的特徵僅在於在所述掩 模的區域上的掩模臨界尺寸線寬的系統變化。可以採用其他的或附加的掩模誤差參數，例 如拐角的倒圓角或線邊緣的粗糙度。在步驟750中，獲得產品的0PC後的掩模布局。然後， 在可選步驟752中，識別在0PC後掩模布局中的採樣位置。在可選步驟754中，生成用於檢 驗採用0PC後的掩模布局製造的掩模的採樣方案。在步驟756中，獲得根據0PC後的掩模 布局製造的掩模，並採用光學掩模檢驗工具檢驗掩模。如果可行，則這種檢驗與在步驟754 中視情況生成的採樣方案一致。在步驟758中，掩模CD值從掩模檢驗數據和光學掩模檢驗 系統的光學模型提取。在步驟760中，所述掩模CD值與在0PC後的掩模布局中的設計CD值 相對比，以基於掩模⑶值和設計⑶值之間的差別生成掩模⑶誤差數據。在步驟762中，對於獨立的掩模誤差模型從掩模CD誤差數據生成系統掩模誤差參數。可以採用參數擬合 或查表的方法生成所述系統掩模誤差參數。然後，在步驟764中，經過模擬的圖案被分析以 確定具體的掩模的熱斑和其他設計缺陷、工藝修正以及工具匹配信息。所述工藝修正可以 包括焦點偏移和對於曝光工具的NA和sigma設定的改變。經過模擬的圖案也可以被用於 採用上述結合圖2A-2C的任何方法驗證掩模和0 〔質量，以及確定光刻過程的工藝窗口。用於形成獨立的掩模誤差模型的方法的其他實施例可以根據可選的掩模 檢驗技術(例如原子力顯微鏡、幹涉相位量測法(如「0 ^^1 Considerations of High-Resolution Photomask Phase Metrology, ' A. J. Merriam and J. J. Jacob, Proc. SPIE,Vol.5752,1392(2005))所述、空間圖像量測法(例如採用ム頂5エ具)、散射儀以及偏 振光橢圓率測量)生成系統掩模誤差參數。在光刻過程的經過校準的聚焦曝光模型的框架內(如美國專利申請 No. 11/461，994所公開)，也可能從對於所印刷的測試晶片的3￡1測量獲得或驗證用於獨立 的掩模誤差模型的系統掩模誤差參數。在ー個實施例中，通過採用擬合過程和通過隨後採 用經過校準的獨立的掩模誤差模型預期具體的掩模熱斑或エ藝修正來實現所述獲得或驗 證，所述擬合過程允許系統掩模誤差參數值變化、同時將其它的(可分離的)模型分量保持 為固定的獨立確定的值。獨立的掩模誤差模型可以被用於廣泛的各種應用，所述應用超越OPC驗證或掩模 鑑定。例如，獨立的掩模誤差模型可以被用於預期具體的掩模的0 〔熱斑或薄弱區域，所述 熱斑或薄弱區域可以被前饋到晶片檢驗過程以選擇性地監測最關鍵的器件區域。替代地， 採用獨立的掩模誤差模型對光刻過程進行模擬可以確定エ藝修正，所述エ藝修正可以被前 饋到器件處理中。這些エ藝修正可以包括在曝光エ具上的光學設定的寬範圍調整(例如 嫩、^8!^、照射分布、聚焦中心、曝光量和透鏡調整)。如果多個曝光エ具能夠用於生產，則 具體エ具的光學模型可以根據エ具校準測量獲知，以使得可以針對具體的掩模預期依賴於 エ具的印刷性能的差別，且最佳的匹配可以被發現，以便通過調度在所述優選エ具上的器 件生產而最大化過程產量。圖8是根據本發明的ー個實施例的用於驗證掩模的方法步驟的流程圖。在圖8的 方法中，生產用曝光エ具的所期望的成像性能以及器件設計由0 〔後的掩摸布局和光刻模 擬模型限定，而不是從掩模檢驗數據提取系統掩模誤差參數數據。採用掩模在曝光エ具中 生產的空間圖像可以採用圖像傳感器陣列在確定的關鍵特徵位置上或以統計方式在曝光 場上進行測量。然後，掩模鑑定或通過/不通過判定可以基於所測量的圖像和經過模擬的 圖像之間的吻合度的評估，由合適的圖像處理量測限定。如果名義上的掩模誤差模型已經 被針對特定的掩模製造エ藝(如下面結合圖9-108所討論的)建立，且如果掩模製造エ藝 的ー致性可能很關鍵，則圖8的方法可能特別地適合。替代地，如果任何老化過程或不斷累 積的缺陷(例如渾濁)需要被監測，則所述方法可以被用於驗證隨時間的掩模質量。在步驟810中，獲得產品的0 〔後的掩模布局。在步驟812中，確定在0 〔後的掩 模布局中的採樣位置。在步驟814中，採用圖像傳感器陣列生成用於在曝光エ具中測量空 間圖像的採樣方案。在步驟816中，獲得根據0 〔後的掩模布局製造的掩模，且根據所述採 樣方案、採用圖像傳感器陣列測量採用所述掩模產生的空間圖像的代表性的圖像碎片。在 步驟818中，採用名義上的掩模誤差模型和曝光ェ具的光學模型以及圖像傳感器陣列模擬由圖像傳感器陣列所測量的所期望的空間圖像，以產生經過模擬的空間圖像。然後，在步驟 820中，所測量的空間圖像與所述模擬的空間圖像相對比。在步驟822中，確定是否所述掩 模是可接受的的操作基於在所測量的空間圖像和所述模擬的空間圖像之間的差別。在之前的實施例中，每種情況的掩模被檢驗以針對所述具體的掩模生成獨立的掩 模誤差模型。然而，在一些情況下，可能足以生成名義上的掩模誤差模型，所述名義上的掩 模誤差模型對於特定的掩模製造商或具體的掩模製造工具或工藝，而不是對於特定的掩 模，是特有的。這種名義上的掩模誤差模型通過將測試圖案限定到測試掩模上而被優選地 開發和校準，所述測試掩模將不被用於印刷產品晶片，而僅僅是用於對所述掩模製造工藝 進行特徵化。然而，也可以採用任何掩模布局數據開發名義上的掩模誤差模型。所述方法 類似於通常用於校準光刻模擬模型的過程模型校準或與之在某種程度上相似。採用測試圖案形成用於掩模製造工藝的名義上的掩模誤差模型的明確的益處在 於能夠靈活地限定合適的測試圖案結構，所述圖案測試結構可以保證任何系統掩模誤差參 數空間的完整和密集的覆蓋。這種測試圖案例如可以通過光刻模擬系統自動地生成，並然 後被提供給掩模製造工藝，以形成測試掩模。採用測試圖案的形成名義上的掩模誤差模型 的方法與用於產品掩模的方法非常類似，然而，由於圖案類型和位置在測試掩模布局中是 固定的和預定的，所以不需要用於確定採樣位置的算法。圖9是根據本發明的一個實施例的用於形成用於掩模製造工藝的名義上的掩模 誤差模型的方法步驟的流程圖。在可選的步驟910中，用於測試掩模的測試圖案由光刻模 擬系統生成。在步驟912中，採用0PC和其他RET處理測試圖案，以產生0PC後的測試掩模 布局。在可選的步驟914中，根據所述測試圖案確定採樣位置，並生成採樣方案。在步驟 916中，獲得根據0PC後的測試掩模布局所製造的測試掩模，並根據所述採樣方案在掩模檢 驗工具中檢驗測試掩模，如果可行則產生掩模檢驗數據。在步驟918中，從掩模檢驗數據中 提取物理掩模數據，並基於在所提取的物理掩模數據和0PC後的掩模布局之間的差別確定 系統掩模誤差數據。數據擬合過程根據所述系統掩模誤差數據確定對於名義上的掩模誤差 模型的系統掩模誤差參數的優化值。所述數據擬合過程將系統掩模誤差參數用作被優化的 擬合參數，以便提供在掩模檢驗數據和0PC後的掩模布局之間的最佳吻合度。在步驟920 中，生成名義上的掩模誤差模型，在所述名義上的掩模誤差模型中，名義上的掩模誤差模型 的系統掩模誤差參數對用於製造所述測試掩模的掩模製造工藝進行特徵化。圖10A是根據本發明的另一個實施例的用於形成掩模製造工藝的名義上的掩模 誤差模型的方法步驟的流程圖。在步驟1010中，產生線寬、間距和取向變化的測試掩模布 局。在步驟1012中，選擇將被特徵化的掩模技術和掩模車間。在一個實施例中，也選擇具 體的掩模製造工具。在步驟1014中，獲得根據測試掩模布局、採用所選擇的掩模技術和掩 模車間製造的測試掩模。在步驟1016中，採用CD-SEM工具直接測量在測試掩模上的線寬 (CD)。在步驟1018中，所測量的掩模⑶通過在曝光場上的間距與設計⑶值相比。在步驟 1020中，採用系統掩模誤差數據基於所測量的掩模⑶值和設計⑶值之間的差別生成用於 名義上的掩模誤差模型的系統掩模誤差參數。所述名義上的掩模誤差模型是可以被用於對 所選擇的掩模車間和掩模技術進行特徵化的模型。圖10B是根據本發明的另一個實施例的用於形成掩模製造工藝的名義上的掩模 誤差模型的方法步驟的流程圖。在步驟1030中，產生線寬、間距和取向變化的測試掩模布局。在步驟1032中，選擇將被特徵化的掩模技術和掩模車間。在一個實施例中，也選擇具 體的掩模製造工具。在步驟1034中，獲得根據測試掩模布局採用所選擇的掩模技術和掩模 車間製造的測試掩模。然後，在步驟1036中，採用圖像傳感器陣列測量在在曝光工具中由 所述測試掩模產生的空間圖像。在步驟1038中，採用曝光工具的光學模型從所測量的空間 圖像中提取測試掩模線寬(CD)。在步驟1040中，所得到的測試掩模CD值通過在曝光場上 的間距與設計CD值相比。在步驟1042中，採用系統掩模誤差數據、基於所得到的測試掩模 CD值和設計CD值之間的差別生成用於名義上的掩模誤差模型的系統掩模誤差參數。所述 名義上的掩模誤差模型是可以被用於對所選擇的掩模車間和掩模技術進行特徵化的模型。
以上，本發明已經參照具體的實施例進行了描述。然而，應當理解，在不偏離如所 附的權利要求所提出的本發明的更為寬泛的精神和保護範圍的情況下，可以對此進行各種 修改和變化。相應地，以上的描述和附圖都被看作說明性的，而不是限制性的。
權利要求
1.一種方法，包括步驟 為曝光工具選擇光學模型； 為第二曝光工具選擇第二光學模型； 採用所述光學模型和掩模的獨立的掩模誤差模型來模擬所述曝光工具的操作，以產生第一模擬結果； 採用所述第二光學模型和所述獨立的掩模誤差模型來模擬所述第二曝光工具的操作，以產生第二模擬結果； 將所述第一模擬結果與設計目標進行比較； 將所述第二模擬結果與所述設計目標進行比較；以及 基於所述比較對比所述曝光工具和所述第二曝光工具的性能。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述獨立的掩模誤差模型包括系統掩模誤差參數，所述系統掩模誤差參數根據所述掩模的檢驗確定。
3.根據權利要求I所述的方法，還包括步驟選擇所述曝光工具或所述第二曝光工具中的一個對於採用所述掩模的產品晶片進行曝光。
4.根據權利要求I所述的方法，其中所述獨立的掩模誤差模型通過以下步驟形成 從所述掩模獲得掩模檢驗數據，其中所述掩模採用掩模布局數據製造； 確定在所述掩模檢驗數據和所述掩模布局數據之間的差別； 基於在所述掩模檢驗數據和所述掩模布局數據之間的所述差別以生成系統掩模誤差數據；以及 基於所述系統掩模誤差數據以生成用於所述獨立的掩模誤差模型的系統掩模誤差參數。
5.一種方法，包括步驟 選擇光刻過程模型，所述模型包括曝光工具的光學模型和抗蝕劑模型； 形成獨立的掩模誤差模型，所述掩模誤差模型用於採用掩模布局數據製造的掩模； 採用所述光刻過程模型和獨立的掩模誤差模型模擬光刻過程，以產生經過模擬的圖案； 確定所述經過模擬的圖案和設計目標之間的差別；以及 基於所述經過模擬的圖案和所述設計目標之間的所述差別修改曝光工具的設置。
6.根據權利要求5所述的方法,其中所述獨立的掩模誤差模型包括系統掩模誤差參數，所述系統掩模誤差參數根據所述掩模的檢驗確定。
7.根據權利要求5所述的方法，其中所述曝光工具的設置選自由焦點、曝光劑量、sigma、相干性、透鏡像差和照射位移組成的組。
8.根據權利要求5所述的方法，其中在所述經過模擬的圖案和所述設計目標之間的所述差別選自由臨界尺寸、線端拉回和拐角的倒圓角組成的組。
9.根據權利要求5所述的方法，其中所述形成獨立的掩模誤差模型的步驟包括 從所述掩模獲得掩模檢驗數據； 確定在所述掩模檢驗數據和所述掩模布局數據之間的差別； 基於在所述掩模檢驗數據和所述掩模布局數據之間的所述差別生成系統掩模誤差數據；基於所述系統掩模誤差數據生成用於所述獨立的掩模誤差模型的系統掩模誤差參數。
10.一種方法，包括步驟 為多個曝光工具選擇多個光學模型，其中每一個光學模型表示獨立的曝光工具； 針對多個光學模型中的每一個，採用所述光學模型和針對掩模的獨立的掩模誤差模型來模擬光刻過程，以產生模擬結果；以及 針對多個光學模型中的每一個評估模擬結果，以確定多個曝光工具中哪一個與所述掩模實現最佳匹配。
11.根據權利要求10所述的方法，其中所述獨立的掩模誤差模型包括系統掩模誤差參數，其中所述系統掩模誤差參數根據所述掩模的檢驗確定。
12.根據權利要求10所述的方法，其中所述針對多個光學模型中的每一個評估模擬結果的步驟包括將所述模擬結果與設計目標進行對比。
13.根據權利要求10所述的方法，還包括步驟 選擇用於晶片生產的曝光工具和掩模的最佳匹配。
14.根據權利要求10所述的方法，其中所述獨立的掩模誤差模型通過以下步驟形成 從所述掩模獲得掩模檢驗數據，其中所述掩模採用掩模布局數據製造； 確定在所述掩模檢驗數據和所述掩模布局數據之間的差別； 基於在所述掩模檢驗數據和所述掩模布局數據之間的所述差別生成系統掩模誤差數據；以及 基於所述系統掩模誤差數據生成用於所述獨立的掩模誤差模型的系統掩模誤差參數。
全文摘要
公開了系統和方法，所述系統和方法用於檢驗所製造的光刻掩模；從掩模檢驗數據中提取物理掩模數據；基於在所述物理掩模數據和掩模布局數據之間的差別確定系統的掩模誤差數據；基於所述系統的掩模誤差數據生成系統的掩模誤差參數；形成具有系統的掩模誤差參數的獨立的掩模誤差模型；採用特定的掩模和/或特定的投影系統預期光刻過程的圖案化性能；以及預期工藝修正，所述工藝修正優化圖案化性能並由此優化最終器件產量。
文檔編號G03F1/00GK102662309SQ20121014063
公開日2012年9月12日 申請日期2006年9月8日 優先權日2005年9月9日
發明者葉軍, 史蒂芬·亨斯克 申請人:Asml荷蘭有限公司