光学近似修正的方法及其光掩膜图案
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及一种光刻工艺中光学近似修正方法及其光掩膜图案。
背景技术
随着半导体技术向小线宽高集成度的发展,对光刻工艺也提出了更高的要求。光学曝光波长也从365nm发展到248nm,193nm甚至更小,基于高折射率介质的浸润式曝光技术也已经被研发出来。由于器件尺寸缩小,光刻掩膜板上的图形尺寸越来越小,图形的间距也越来越接近,光学的干涉和衍射效应使得转移到晶片的图形的分辨率得不到理想的效果。传统的二元掩膜板(binary Mask)已经不能满足于深亚微米光刻的需要。
掩膜板上的图形在被转移到晶片上时,相邻图形相互影响,会产生线宽变细,接触孔变小,线端缩短(Line short)及方角圆化(Corner rounding)等现象,称为光学近距效应(Optical proximity effect)。目前已经发展了相移掩膜(PSM)、光学近似修正(Optical proximity correct)等技术以克服上述问题。相移掩膜板通过改变掩膜板上图形及透光区相位,压缩图形经过光学透镜后的旁瓣(sidelobe),以提高分辨率。光学近似修正是指对掩膜板上的图形预先的修正,例如,对线的两端加长,对方角边缘加上辅助图形,以此来弥补经过透镜(Lens)的图形的缺陷。另外,曝光系统也采用离轴照明(OAI)比如圆环式(Annular)及四极子(Quadrupole)方式以增加光刻分辨率及聚焦深度(Depth of focus,DOF)和对比度(Contrast)。
由于一般情况下,掩模板上的图形较为密集时,其透过的光彼此间的相长干涉效应,使得掩模板上密集的图形比同样线宽孤立的图形的分辨率及聚焦深度都大。藉由光学干涉原理,光学近似修正方法中有在掩膜板上的图案添加辅助散射条的方法来增加图形的分辨率及聚焦深度。然而当图形密集程度在一定范围时,该密集图形的分辨率、聚焦深度及能量域度(Energy latitude)等指标比掩模板上相同线宽的孤立图形的要小,并且通过照明及光学系统参数例如NA/Sigma优化也没有多少改变。该范围图形间距成为禁止间距(forbiddenpitch)。专利号为US6519760 B2的美国专利通过傅立叶光学原理推导了禁止间距的形成的原因,即当通过掩膜板和透镜到晶片上的光呈相消干涉时,图形分辨率及聚焦深度下降。正是由于相邻图形对彼此影响使其比该相邻图形各自单一存在时分辨率及聚焦深度下降。可见,禁止间距跟掩模板上图形的间距有直接的关系,由于禁止间距的存在,设计掩膜板图形及图形间添加辅助散射条都要避开其禁止间距。
现有技术中对于禁止间距的图形的光刻工艺,可以通过将图形分解到若干掩膜板上,每个掩模板上的图形的间距都避开其禁止间距。专利号为US7037626 B2的美国专利公开了该种光刻工艺。其原理是,将掩膜板上禁止间距范围的图形进行分解并制作到若干各掩膜板上,每个掩膜板上的图形间距都避开禁止间距的范围,该若干各掩膜板组合起来正好形成所述禁止间距范围的图案。曝光时,首先在晶片上沉积若干层薄膜,依次将所述分解的掩膜板上的图形转移到晶片上。这种方法首先要制作多个掩膜板并需要多步光刻工艺来完成。成本较高,工艺周期较长,而且,由于多层掩膜工艺需要上下层叠对准确,对工艺及其维护提出了较高的要求,也具有潜在风险。
在禁止间距图形间插入辅助散射条,从而改变图形的间距,使所述图形间距避开该禁止间距范围也是现有技术中常用的一种方法。如图1A所示,周期性线条图形100用来形成栅极图形,线宽约为80nm,线条间距110约为360nm,该图形在用193nm紫外光离轴照明情况下落入禁止间距范围。无法在晶片上得到理想的分辨率图形及较高的工艺冗余度。如图1B所示,根据设计规则(Design rule)及OPC插入辅助散射条规则,在线条100之间插入辅助散射条120,所述辅助散射条120宽度约为40nm。图1C是插入辅助散射条后转移到光致抗蚀剂上的图形的扫描电子显微镜(CDSEM)照片。如图1C所示,线条100a是光刻掩膜板上线条100在晶片上形成的光致抗蚀剂图形。插入辅助散射条后的掩膜板曝光后分辨率及聚焦深度都达到了预期的要求。但是,依据设计规则(design rule)及OPC修正规则在所述禁止间距图形间加入的辅助散射条,曝光形成的图形的聚焦深度及能量欲度增加的同时辅助散射条120的图形也被转移到晶片上,形成光致抗蚀剂残留130。该残留130会在刻蚀时被转移到晶片衬底上而降低器件的良率。
发明内容
本发明提供一种光学近似修正的方法及光掩膜图案,采用该光学近似修正方法的光掩膜图案转移到晶片上时能够获得高的分辨率及较大的聚焦深度和能量裕度且不会留下光致抗蚀剂残留。
本发明提供一种光学近似修正方法,包括:
确定具有禁止间距的图形;
在所述禁止间距图形两侧形成复数个锯齿状突起。
在所述禁止间距图形之间插入复数个辅助散射条。
所述方法根据设计规则在版图数据库中确定具有禁止间距的图形或将图形转移到晶片上量测其线宽并计算聚焦深度及能量裕度等参数来确定具有禁止间距的图形。
所述图形为复数个用以制作互连线或栅极的线条。
所述复数个锯齿状突起在禁止间距图形两侧间隔分布。
所述辅助散射条为菱形。
所述辅助散射条到与其相邻的四个锯齿状突起的距离相等。
所述菱形的四个边分别与靠近该边的锯齿状突起的边缘平行。
所述菱形锐角的范围是30°~60°。
所述菱形的每一边到与该边最近的锯齿状突起边缘的距离小于或等于锯齿状突起的间距。
所述锯齿状突起的间距小于或等于辅助散射条的间距。
本发明还一种光学近似修正方法,包括:
确定具有禁止间距的图形;
在所述具有禁止间距图形两侧形成复数个矩形突起;
在所述禁止间距图形之间插入复数个辅助散射条。
所述方法根据设计规则在版图数据库中确定具有禁止间距的图形或将图形转移到晶片上量测其线宽并计算聚焦深度及能量裕度等参数来确定具有禁止间距的图形。
所述图形为复数个用以制作互连线或栅极的线条。
所述矩形突起在所述禁止间距图形两侧对称分布。
所述辅助散射条为矩形;
所述辅助散射条中心到与其相邻的四个矩形突起中心的距离相等。
所述矩形边长为30~50mm。
所述辅助散射条的间矩大于或等于所述矩形突起的间矩。
所述所述辅助散射条到与其最近的矩形突起之间的距离小于或等于矩形突起的间矩。
相应的,本发明提供一种经过光学近似修正的光掩膜图案,包括:
具有禁止间距的图形;和
在所述禁止间距图形两侧的复数个锯齿状突起;以及
在所述禁止间距图形之间的复数个辅助散射条。
所述禁止间距图形为形成互连线或栅极的线条。
所述锯齿状突起在禁止间距图形两侧间隔分布。
所述辅助散射条为菱形。
所述菱形的四个边分别与靠近该边的锯齿状突起的边缘平行。
所述菱形锐角的范围是30°~60°。
所述菱形的每一边到与该边最近的锯齿状突起边缘的距离小于或等于锯齿状突起的间距。
所述锯齿状突起的间距小于或等于辅助散射条的间距。
所述禁止间距图形、锯齿状突起及辅助散射条透光率为百分之十。
本发明还提供一种经过光学近似修正的光掩膜图案,包括:
具有禁止间距的图形;和
在所述具有禁止间距图形两侧形成的复数个矩形突起;以及
在所述禁止间距图形之间形成的复数个辅助散射条。
所述矩形突起在禁止间距图形两侧对称分布。
所述辅助散射条为矩形;
所述辅助散射条中心到与其相邻的四个矩形突起中心的距离相等。
所述矩形边长为30~50mm。
所述辅助散射条的间距大于或等于所述矩形突起的间距。
所述所述辅助散射条到与其最近的矩形突起之间的距离小于或等于矩形突起的间矩。
所述禁止间距图形、矩形突起及辅助散射条透光率为百分之十。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:本发明方法在所述禁止间距图形之间形成复数个辅助散射条,并在禁止间距图形两侧添加复数个辅助图形,所述辅助散射条和辅助图形离散分布,彼此之间有一定距离,而且其面积也较小,不会在光致抗蚀剂上曝光而形成残留。辅助散射条与其临近的禁止间距图形及辅助图形在曝光时相互影响,通过所述光掩膜图案的光线彼此之间的干涉效应使得禁止间距图形被曝光形成于光致抗蚀剂上。其分辨率、聚焦深度及能量裕度都有很大的提高。
对于65nm线宽的工艺来说采用本发明的两种光学近似修正方法,形成光掩膜图形在光刻时其聚焦深度达到了0.2~0.21um,大的聚焦深度及能量裕度增加了工艺的冗余度,工艺窗口增大有助于减小工艺控制的难度,即使曝光焦距及能量稍有偏差,也会落入到该聚焦深度范围,转移到晶片上的图形的线宽仍在容许的范围。而且辅助散射条没有被曝光而留下光致抗蚀剂残留。有助于提高产品的良率。
附图说明
图1A为现有技术禁止间距图形示意图;
图1B~图1C为现有禁止间距图形插入辅助散射条及光刻后缺陷示意图;
图2~图7为本发明方法实施例示意图;
图8~图9为本发明掩膜板图案示意图;
图10A~图10B为本发明方法得到的晶片上图形的模拟结果;
图11为现有有无辅助散射条与本发明方法得到图形聚焦深度比较图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。所述附图没有特意按比例绘制,因此不能以次限定本发明的权利要求保护的范围。
光学上的干涉及衍射效应是半导体关键尺寸缩小的瓶颈。一般而言,对于特定波长而言,其分辨率为该波长本身。例如,对于248nm的紫外光源,其能分辨的尺度仅为248nm。借助于光学系统参数的优化,可将整个曝光机分辨率大大提高,例如采用离轴照明方式压缩经过掩膜板后光线一级衍射角,采用相移技术改变光经过掩膜板后图形的相位并产生干涉来压缩相邻图形之间的旁瓣(sidelobe),优化数值孔径(NA)及相干照明参数Sigma提高分辨率及对比度等。关键尺寸的迅速缩小及图形密集程度的提高,相邻图形之间互相影响,特别是尺寸减小到0.18um甚至90nm以下时,光学近似效应影响作用逐渐明显。例如,线端缩短(Line short),方角圆化(corner rounding)等现象常常不能在晶片上得到理想的图形。对掩膜板上图形进行光学近似修正及插入辅助散射条来弥补所述光学曝光缺陷并有意识的控制相长或相消干涉,能够将光刻掩膜板上的图形较为准确的复制到晶片上,从而提高晶片的良率。
本发明的光学近似修正方法应用于互连线或栅极线条时,根据设计规则来找出落入禁止间距范围的图形,或者将图形形成于掩膜板,对所述掩膜板进行曝光显影,然后量测线宽并计算其聚焦深度及能量裕度,并找出那些落入禁止能量间距范围的图形。在所述禁止图形两侧形成辅助图形及在禁止间距图形之间插入辅助散射条。
图2~图5为本发明光学近似修正方法的第一实施例。
如图2所示,复数个线条200用来形成互连线或栅极图形,所述线条宽度约为260nm~320nm(采用4∶1光学曝光系统,转移到晶片上大小为65nm~80nm),间距205约为1220nm(转移到晶片上大小为350nm),当曝光系统采用193nm深紫外激光,照明方式为环形离轴照明(Anualar)时落入禁止间距范围。通过将上述图形及光学系统参数输入系统进行设计规则检查或将所述图形形成于掩膜板,通过曝光显影将其转移到晶片上,量测晶片上图形的线宽得到其聚焦深度(Depth of focus,DOF)及能量裕度,可判断其是否落入禁止间距范围。
如图3所示,对所述复数个线条200进行初步光学近似修正,修正可以是基于规则(Rule based)或基于模型(Model based)的方法。在线条方角位置放置方形辅助图形210,并使所述线条线端加长,线宽减小等。初步光学近似修正的图形克服了方角圆化及线端缩短等缺陷。
如图4所示,在所述复数个线条200两侧形成复数个锯齿状突起220,所述突起220在线条200两侧间隔排布。在所述线条200之间插入复数个辅助散射条230,所述辅助散射条位于两条相邻线条200之间,其形状为菱形,辅助散射条230到与其相邻的四个锯齿状突起的距离260相等。所述菱形的四个边与分别与靠近该边的锯齿状突起220的边缘平行。所述菱形锐角的范围是30°~60°。菱形辅助散射条230的每一边到与该边最近的锯齿状突起220边缘的距离260小于或等于锯齿状突起220的间距240。所述锯齿状突起的间距240小于或等于辅助散射条230的间距250。
图5~图7为本发明光学近似修正方法的第二实施例。
如图5所示,复数个线条200是用来形成互连线或栅极图形,所述线条宽度约为260nm~320nm(采用4∶1光学曝光系统,转移到晶片上大小为65nm~80nm),间距205约为1220nm(转移到晶片上大小为350nm),当曝光系统采用193nm深紫外激光,照明方式为环形离轴照明(Anualar)时落入禁止间距范围。通过将上述图形及光学系统参数输入系统进行设计规则检查或将所述图形形成于掩膜板,通过曝光显影将其转移到晶片上,量测晶片上图形的线宽得到其聚焦深度及能量域度,来判断其是否落入禁止间距范围。
如图6所示,对所述复数个线条200进行初步光学近似修正,修正可以是基于规则(Rule based)或基于模型(Model based)的方法。在线条方角位置放置方形辅助图形210,并使所述线条线端加长,线宽减小等。初步光学近似修正的图形克服了方角圆化及线端缩短等缺陷。
如图7所示,在所述复数个线条200两侧形成复数个矩形突起270,所述突起270在线条200两侧对称排布。在所述线条200之间插入复数个辅助散射条280,所述辅助散射条280位于两条相邻线条200中间,其形状为矩形。辅助散射条280中心到与其相邻的四个矩形突起270中心的距离相等。所述矩形边长为30~50mm。辅助散射条280的间矩250大于或等于所述矩形突起270的间矩240。所述所述辅助散射条280到与其最近的矩形突起270之间的距离260小于或等于矩形突起270的间矩240。
相应的,本发明还提供一种经过光学近似修正的光掩膜图案。
图8为本发明光掩膜图案的第一实施例示意图。
如图8所示,复数个线条200是用来形成互连线或栅极图形,所述线条宽度约为200nm~300nm(采用4∶1光学曝光系统,转移到晶片上大小为65nm~80nm),间距205约为1000~1300nm(转移到晶片上大小为350nm),当曝光系统采用193nm深紫外激光,照明方式为环形离轴照明(Anualar)时落入禁止间距范围。在所述线条200线端方角位置形成有方形辅助图形210,以防止其转移到晶片上图形圆化。
在所述复数个线条200两侧形成有复数个锯齿状突起220,所述突起220在线条200两侧间隔分布。在所述线条200之间形成有复数个辅助散射条230,所述辅助散射条位于两条相邻线条200之间,其形状为菱形,辅助散射条230到与其相邻的四个锯齿状突起的距离260相等。所述菱形的四个边与分别与靠近该边的锯齿状突起220的边缘平行。所述菱形锐角的范围是30°~60°。菱形辅助散射条230的每一边到与该边最近的锯齿状突起220边缘的距离260小于或等于锯齿状突起220的间距240。所述锯齿状突起的间距240小于或等于辅助散射条230的间距250。线条200、锯齿状突起220及辅助散射条230在掩膜板上透光率为百分之十。
在所述禁止间距图形200之间形成复数个菱形辅助散射条230,并在禁止间距图形两侧形成锯齿状突起220,所述复数个菱形辅助散射条230离散分布,彼此之间有一定距离250,而且其面积也较小,不会在光致抗蚀剂上曝光而形成残留。辅助散射条230与其临近的禁止间距图形200及锯齿状突起220在曝光时相互影响,通过所述光掩膜图案的光线彼此之间的干涉效应使得禁止间距图形200被曝光形成于光致抗蚀剂上。其分辨率、聚焦深度及能量裕度都有很大的提高。
图9为本发明光掩膜图案第二实施例示意图。
如图9所示,复数个线条200是用来形成互连线或栅极图形,所述线条宽度约为200nm~300nm(采用4∶1光学曝光系统,转移到晶片上大小为65nm~80nm),间距205约为1000~1300nm(转移到晶片上大小为350nm),当曝光系统采用193nm深紫外激光,照明方式为环形离轴照明(Anualar)时落入禁止间距范围。在所述线条200线端方角位置形成有方形辅助图形210,以防止其转移到晶片上图形圆化。
在所述复数个线条200两侧形成有复数个矩形突起270,所述突起270在线条200两侧对称分布。在所述线条200之间形成有复数个辅助散射条280,所述辅助散射条280位于两条相邻线条200之间,其形状为矩形。辅助散射条280中心到与其相邻的四个矩形突起270中心的距离相等。所述矩形边长为30~50mm。辅助散射条280的间矩250大于或等于所述矩形突起270的间矩240。所述所述辅助散射条280到与其最近的矩形突起270之间的距离260小于或等于矩形突起270的间矩240。线条200、矩形突起270及辅助散射条280在掩膜板上透光率为百分之十。
在所述禁止间距图形200之间形成复数个矩形辅助散射条280,并在禁止间距图形两侧形成矩形突起270,所述复数个矩形辅助散射条280离散分布,彼此之间有一定距离250,而且其面积也较小,不会在光致抗蚀剂上曝光而形成残留。辅助散射条280与其临近的禁止间距图形200及矩形状突起270在曝光时相互影响,通过所述光掩膜图案的光线彼此之间的干涉效应使得禁止间距图形200被曝光形成于光致抗蚀剂上。其分辨率、聚焦深度及能量裕度都有很大的提高。
本发明光学近似修正的图形转移到晶片上具有良好的光学分辨率。图10A与图10B为本发明光学近似修正方法得到的晶片上图形的模拟结果,其中图10A是对本发明方法第一实施例得到的模拟结果,图10B为本发明方法第二实施例得到的模拟结果。可以看出,对所述禁止间距的线条采用本发明所述的方法插入辅助散射条能够得到预期的线条图形,辅助散射条不会在晶片上被曝光因而不会留下光致抗蚀剂残留。
图11为现有技术有无辅助散射条与本发明两种不同的光学近似修正方法得到图形的聚焦深度比较图。如图11所述,图中横轴表示不同的图形类别,如W/O SB为禁止间距线条没有加入辅助散射条的情况,W/SB为禁止间距线条采用现有技术方法加入辅助散射条的情况,Jagged1表示采用本发明第一实施方法例加入辅助散射条的情况,Jagged2表示采用本发明第二实施例方法插入辅助散射条的情况。纵轴DOF表示聚焦深度。可以看出,对禁止间距线条不加入辅助散射条时其聚焦深度仅为0.17um,对于65nm线宽的工艺来说较小,光刻过程中参数稍有变化就容易使曝光焦距偏离容许的聚焦深度,增加了工艺控制的难度。而采用本发明的两种光学近似修正方法,形成光掩膜图形在光刻时其聚焦深度达到了0.2~0.21um,比现有技术没有辅助散射条修正时增加了3~4个um。大的聚焦深度增加了工艺的冗余度,工艺窗口增大有助于减小工艺控制的难度,即使曝光焦距稍有偏差,也会落入到该聚焦深度范围,转移到晶片上的图形的线宽仍在容许的范围。有助于提高产品的良率。对于采用现有技术方法加入辅助散射条的情况其聚焦深度虽然可以达到0.23um,但是由于其插入的辅助散射条会被曝光而在晶片上形成光致抗蚀剂残留,该残留会影响刻蚀工艺并降低产品良率。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改,因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。