CN101246306A

CN101246306A - 光学邻近修正方法

Info

Publication number: CN101246306A
Application number: CNA2007100374419A
Authority: CN
Inventors: 王谨恒
Original assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Current assignee: Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date: 2007-02-12
Filing date: 2007-02-12
Publication date: 2008-08-20
Anticipated expiration: 2027-02-12
Also published as: CN101246306B

Abstract

本发明提供一种光学邻近修正方法，包括：提供布局主图形；在相邻的布局主图形的间隙中形成散射条辅助图形；对散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量进行修正。本发明还提供一种掩模版、其形成方法以及图形化方法。本发明通过对设计的散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量进行修正，使得转移至掩模版上的散射条辅助图形的尺寸与设计尺寸之间差异减小至零，防止散射条辅助图形最小尺寸的缩小甚至缺失，保证了足够大的曝光工艺窗口，使得曝光工艺稳定。

Description

光学邻近修正方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种光学邻近修正方法。

背景技术

传统的制备半导体器件的工艺经常采用光刻工艺在半导体衬底上形成预期的图形。在光刻工艺中，所谓曝光设备的分辨极限是指曝光设备能够反复地曝光在半导体衬底上最细微的特征图形。目前，对于最先进的光学曝光设备的分辨极限约为0.05微米，即接近于当前许多IC布线设计的临界尺寸(CD)。因此曝光机的分辨率会对IC电路的最终大小和密度产生影响。

代表最小图形的尺寸分辨率R的极限通过如下公式(1)反映：

R＝k₁λ/NA (1)

k₁是与光刻工艺有关的常数；λ是曝光的光的波长；NA是曝光系统的数值孔径。

数值孔径NA越高，分辨率R值越小，即分辨率越高。

另一方面，曝光设备的另一重要特点在于其焦深(DOF，Depth-of-Focus)，曝光设备的焦深定义为空间图像(该空间图像具有接近其分辨率尺寸的特征图形)能在焦点内的范围。在图形转移到光刻胶层上的光刻工艺中需要有一最小的DOF。该最小的DOF能充分确保遍布在整个光刻胶层内的图像保持在焦点内，所以最小DOF范围通常大于或等于光刻胶层的厚度。焦深由下式(2)表示：

DOF＝k₂λ/(NA)² (2)

k₂是与光刻工艺有关的常数。

因此数值孔径NA越大，分辨率R越小，即分辨率越高。由(2)式看出，由于对工艺窗口的影响，分辨率R不可能仅通过增大数值孔径NA来缩小，因为曝光设备DOF决定了曝光设备所设定的可用分辨率。例如，若一曝光设备具有分辨率0.4微米特征图形的能力但具有的DOF小于所需要的能在遍布整个光刻胶层上将此特征图形进行清晰聚焦的范围，此种情况下就无法实现所设定的0.4微米的分辨率。可见若能延长曝光设备的DOF范围，分辨率可得以缩小从而可印制更小的图形。目前为了增大分辨率R同时不改变NA，主要通过添加辅助图形，尤其是对于稀疏的线条或者空间来提高等焦距曲线以达到提高分辨率的目的。比如专利号为6983444的美国专利公开了一种光学邻接修正的掩模版，该发明通过在布局主图形之间加入第一辅助图形以及在布局主图形和第一辅助图形之间加入第二辅助图形，所述第一辅助图形垂直于线状的布局主图形，宽度较大。所述第二辅助图形具有尺寸小于曝光波长的2/5但大于曝光波长的1/4。采用此方法设计的辅助图形在转移至半导体衬底上的光刻胶层时候不会被解析出来，但是可以使得稀疏的布局图形与高密的布局图形具有相同的布局环境，不但可以增加光刻工艺窗口，也可以提高图形的对比度。

但是，随着图形临界尺寸的缩小逐渐接近光刻设备的分辨率极限，掩模版上的辅助图形与转移至掩模版上的图形的一致性大大降低。下面参照附图加以说明，参照图1A给出是德国捷欧公司(JEOL)的JBX30系列曝光机的偏移量与散射条的最小设计尺寸(4×)(注：掩模版上所有图形的尺寸为形成在半导体衬底上的图形的4×)之间的关系曲线。可以看出，当散射条的最小尺寸大于200nm(4×)以上时，在掩模版上形成的散射条辅助图形的临界尺寸与设计的散射条辅助图形之间的偏移量约为零；但是当散射条设计的最小尺寸小于200nm(4×)时，在掩模版上形成的散射条辅助图形与设计的散射条辅助图形之间的偏移量比较大，散射条辅助图形的最小尺寸越小，偏移量越大，最大可达-48nm。散射条辅助图形的最小尺寸的偏移可能导致形成在掩模版上的散射条辅助图形的变形甚至缺失，下面参照附图加以说明。

图1B给出设计的布局主图形与散射条辅助图形，包括布局主图形101a、101b、101c、101d及102，还包括散射条辅助图形103a、103b、104a、104b、104c及104d。然后采用德国捷欧公司(JEOL)的JBX30系列曝光机将设计的布局主图形与散射条辅助图形转移至掩模版200上，如图1C所示。掩模版200上布局主图形101a、101b、101c、101d及102分别与设计的图1A所示的布局主图形101a、101b、101c、101d及102相对应；散射条辅助图形103a、104a、104b、104c及104d分别与散射条辅助图形103a、104a、104b、104c及104d相对应。可以看出，与设计的矩形的散射条辅助图形103a、104a、104b、104c及104d相比，图形103a、104a、104b、104c及104d尺寸有所缩小和变形，变形为椭圆形，更为严重的是，散射条辅助图形103b在掩模版上缺失，没有转移上去，如图1C中虚线所示。由于散射条辅助图形的缺少，容易导致光刻工艺窗口的缩小。参照附图2给出掩模版上没有散射条辅助图形条件下，布局主图形的临界尺寸与德国捷欧公司(JEOL)的JBX30系列曝光机的焦距的关系曲线。假设临界尺寸为65nm，在纵坐标65nm处画一横线，与临界尺寸与焦距的关系曲线相交于两点，两点之间的距离即为焦深DOF。可以看出，没有散射条辅助图形条件下，焦深DOF为0.15μm，一般的焦深DOF需要为0.25μm，如此小的焦深容易导致非常不稳定的曝光工艺和较差的布局主图形的解析度。

发明内容

本发明解决的问题是随着临界尺寸越来越小，用于增大曝光工艺窗口而设计的散射条辅助图形临界尺寸在小于200nm(4×)以下时，不容易转移至掩模版上，造成曝光机的焦深减小以及散射条辅助图形尺寸缩小甚至缺失。

为解决上述问题，本发明提供一种光学邻近修正方法，包括：提供布局主图形；在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；通过将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条的最小设计尺寸进行修正。

所述散射条辅助图形的最小设计尺寸范围为120至200nm。

本发明还提供一种掩模版的形成方法，包括：提供布局主图形；在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；通过将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条的最小设计尺寸进行修正；将布局主图形及修正后的散射条辅助图形采用曝光机转移至掩模版上。

所述散射条辅助图形的最小设计尺寸范围为120至200nm。

所述曝光机的偏移量为布局主图形的临界尺寸的函数。

所述散射条辅助图形的最小设计尺寸分别为120nm、140nm、160nm、180nm或者200nm；相应地，所述曝光机偏移量分别为-50nm、-30nm、-30nm、-20nm或者-10nm；修正后，形成于掩模版上的散射条辅助图形的最小尺寸分别为170nm、170nm、190nm、200nm或者210nm。

本发明还提供一种图形化方法，包括：提供布局主图形；在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；通过将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条的最小设计尺寸进行修正；将布局主图形及修正后的散射条辅助图形采用曝光机转移至掩模版上；提供半导体衬底，在半导体衬底上形成光刻胶层；将掩模版上的布局主图形转移至半导体衬底上的光刻胶层上。

所述散射条辅助图形的最小设计尺寸范围为120至200nm。

所述曝光机的偏移量为布局主图形的临界尺寸的函数。

本发明还提供一种掩模版，包括：位于掩模版上的布局主图形；位于布局主图形的空白处的散射条辅助图形；所述散射条辅助图形的最小尺寸为将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量。

所述散射条辅助图形的最小设计尺寸范围为120至200nm。

所述曝光机的偏移量为布局主图形的临界尺寸的函数。

所述散射条辅助图形的最小设计尺寸分别为120nm、140nm、160nm、180nm或者200nm；相应地，所述曝光机偏移量分别为-50nm、-30nm、-30nm、-20nm或者-10nm；经过修正，形成于掩模版上的散射条辅助图形的最小尺寸分别为170nm、170nm、190nm、200nm或者210nm。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条的最小设计尺寸进行修正，对于因光学邻近效应造成的散射条辅助图形的临界尺寸的缩小进行光学邻近修正。

本发明还通过将散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量对散射条的最小设计尺寸进行修正，使得转移至掩模版上的散射条辅助图形的尺寸与设计尺寸之间差异减小至零，防止了散射条辅助图形最小尺寸的缩小甚至缺失，保证了足够大的曝光工艺窗口，使得曝光工艺稳定。

本发明还对散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量进行修正，将设计的图形包括布局主图形和散射条辅助图形转移至掩模版上，然后以掩模版为掩模，将掩模版上的布局主图形转移至半导体衬底上的光刻胶层上，采用本发明的图形化方法增大了曝光工艺窗口，使得曝光工艺稳定。

附图说明

图1A是曝光机的偏移量与设计的散射条尺寸(4×)之间的关系曲线；

图1B是现有技术设计的布局主图形与散射条辅助图形；

图1C是现有技术形成在掩模版上的布局主图形与散射条辅助图形；

图2是掩模版上没有散射条辅助图形条件下，临界尺寸与曝光机的焦距的关系曲线；

图3A是本发明的光学邻近修正方法实施例的对图1A的散射条辅助图形修正后结果；

图3B是本发明的掩模版形成方法实施例的采用曝光机转移至掩模版上的布局主图形与散射条辅助图形；

图3C是本发明的掩模版形成方法实施例的散射条辅助图形的尺寸偏移量与散射条设计尺寸(4×)之间的关系曲线；

图3D是本发明的图形化方法实施例的半导体衬底以及形成在半导体衬底上的光刻胶层；

图3E是本发明的图形化方法实施例的转移至半导体衬底上的光刻胶层上的布局主图形；

图4是本发明的掩模版上带有散射条辅助图形条件下，布局主图形的临界尺寸与曝光机的焦距的关系曲线。

具体实施方式

本发明的实质是提供一种光学邻近修正方法，包括：提供布局主图形；在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；通过将散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量对散射条辅助图形的最小设计尺寸进行修正。

本发明首先提供一种光学邻近修正方法实施例，包括：提供布局主图形；在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；通过将散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量对散射条辅助图形的最小设计尺寸进行修正。

继续参照图1B，为现有技术设计的布局主图形与散射条辅助图形，包括布局主图形101a、101b、101c、101d及102，还包括在相邻的布局主图形的间隙中形成的散射条辅助图形103a、103b、104a、104b、104c及104d。

参照图3A，是本发明的光学邻近修正方法实施例的对图1A的散射条辅助图形修正后结果。通过将散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量对散射条辅助图形的最小设计尺寸进行修正。修正后，散射条辅助图形的最小尺寸比最小设计尺寸有所增大。作为本实施例的一个实施方式，本发明设计的散射条辅助图形的最小尺寸分别为120nm、140nm、160nm、180nm或者200nm(4×)，根据图1A的德国捷欧公司(JEOL)的JBX30系列的曝光机的偏移量曲线，偏移量分别为-50nm、-30nm、-30nm、-20nm或者-10nm，对散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量进行修正，修正后散射条辅助图形的最小尺寸分别为170nm、170nm、190nm、200nm或者210nm。如图3A所示，为了便于对照，现有技术设计的散射条辅助图形以虚线图示于本实施例的散射条辅助图形303a、303b、304a、304b、304c及304d中。图3A中的布局主图形101a、101b、101c及102与原来设计的布局主图形一样，未作改动。

基于上述步骤完成本发明的对散射条辅助图形的光学邻近修正，本发明通过对设计的散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量进行修正，对于因光学邻近效应造成的散射条辅助图形的歪曲进行了光学邻近修正。

本发明还提供一种掩模版的形成方法实施例，包括：提供布局主图形；在相邻的布局主图形的间隙中形成散射条辅助图形；将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条辅助图形的最小尺寸进行修正；将布局主图形及修正后的散射条辅助图形采用曝光机转移至掩模版上。

继续参照1A，为提供的布局主图形与散射条辅助图形，包括布局主图形101a、101b、101c、101d及102，还包括位于相邻布局主图形之间的散射条辅助图形103a、103b、104a、104b、104c及104d。

继续参照图3A，是本发明的光学邻近修正方法实施例的对图1A的散射条辅助图形修正后结果。所述修正为将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条辅助图形的最小尺寸进行修正。具体内容请见上述对图3A的描述。

参照图3B，为本发明采用德国捷欧公司(JEOL)的JBX30系列曝光机转移至掩模版上的布局主图形与散射条辅助图形。掩模版400上包括布局主图形101a、101b、101c、101d及102与设计的图3A所示的布局主图形101a、101b、101c、101d及102相对应；掩模版400上的散射条辅助图形403a、403b、404a、404b及404c与散射条辅助图形与设计的图3A的303a、303b、304a、304b、304c及304d相对应。可以看出，与设计的矩形的散射条辅助图形303a、303b、304a、304b及304c相比，散射条辅助图形403a、404a、404b、404c及404d经过修正的最小尺寸有所缩小，与转移至掩模版400上的最小尺寸基本一致。同时可以看出，对最小尺寸修正后，形成在掩模版400上的散射条辅助图形没有发生变形。本实施例通过将散射条辅助图形的最小尺寸减去德国捷欧公司(JEOL)的JBX30系列曝光机的偏移量进行修正，使得转移至掩模版上的散射条辅助图形的尺寸与设计尺寸之间差异减小至零，阻止散射条辅助图形最小尺寸的缩小甚至缺失。保证了足够大的曝光工艺窗口，使得曝光工艺稳定。

图3C是本发明的掩模版形成方法实施例的散射条辅助图形的尺寸偏移量与散射条设计尺寸(4×)之间的关系曲线。图3C中曲线A为形成在掩模版上的散射条辅助图形与设计的散射条辅助图形之间的偏移量，曲线B为补偿曲线，曲线C为经过补偿修正后的散射条辅助图形的尺寸偏移量，可以看出修正后的形成于掩模版上的散射条辅助图形的临界尺寸与原始设计的临界尺寸之差即偏移量基本为零，防止了散射条辅助图形最小尺寸的缩小甚至缺失，保证了足够大的曝光工艺窗口，使得曝光工艺稳定。

基于上述步骤实施后，形成本发明的掩模版，包括：位于掩模版上的布局主图形；位于相邻的布局主图形的间隙中的散射条辅助图形；所述散射条辅助图形的最小尺寸为根据曝光机的偏移量曲线进行修正过。

本发明还提供一种图形化方法实施例，包括：提供布局主图形；在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；通过将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条辅助图形的最小尺寸进行修正；将布局主图形及修正后的散射条辅助图形采用曝光机转移至掩模版上；提供半导体衬底，在半导体衬底上形成光刻胶层；以掩模版为掩模，将掩模版上的布局主图形转移至半导体衬底上的光刻胶层上。

继续参照图3A，是本发明根据图1A对图3A的散射条辅助图形修正后结果。所述修正为将散射条辅助图形的最小尺寸减去曝光机的偏移量进行修正。具体内容请参见上述对图3A的描述。

参照图3B，是本发明的掩模版形成方法实施例的采用曝光机转移至掩模版上的布局主图形与散射条辅助图形。掩模版400上包括布局主图形101a、101b、101c、101d及102与图3A所示的布局主图形101a、101b、101c、101d及102相对应；掩模版400上的散射条辅助图形403a、403b、404a、404b及404c与散射条辅助图形与图3A的303a、303b、304a、304b、304c及304d相对应。可以看出，与设计的矩形的散射条辅助图形303a、303b、304a、304b及304c相比，散射条辅助图形403a、404a、404b、404c及404d经过修正的最小尺寸有所缩小，与移至掩模版400上的最小尺寸基本一致。同时可以看出，对最小尺寸修正后，形成在掩模版400上的散射条辅助图形没有发生变形。本实施例通过将散射条辅助图形的最小尺寸减去德国捷欧公司(JEOL)的JBX30系列曝光机的偏移量进行修正，使得转移至掩模版上的散射条辅助图形的尺寸与设计尺寸之间差异减小至零，防止了散射条辅助图形最小尺寸的缩小甚至缺失，保证了足够大的曝光工艺窗口，使得曝光工艺稳定。

参照图3D，提供半导体衬底500，在半导体衬底500上形成光刻胶层501，所述光刻胶层501为通过旋涂方法制备。形成光刻胶层501为本领域技术人员公知技术。

参照图3E，以掩模版为掩模，将掩模版上的布局主图形转移至半导体衬底上的光刻胶层501上。光刻胶层501上的布局主图形包括101a、101b、101c、101d及102。所述布局主图形101a、101b、101c、101d及102与掩模版上的布局主图形101a、101b、101c、101d及102以及设计的布局主图形101a、101b、101c、101d及102相对应。掩模版上的散射条散射条辅助图形403a、403b、404a、404b及404c未被解析形成在光刻胶层501上。

参照附图4给出本发明的掩模版上带有散射条辅助图形条件下，布局主图形的临界尺寸与曝光机的焦距的关系曲线，假设临界尺寸为65nm，在纵坐标65nm处画一横线，与临界尺寸与焦距的关系曲线相交于两点，两点之间的距离即为焦深DOF，可以看出，没有散射条辅助图形条件下，焦深DOF约为0.25μm，与现有技术的在65nm处的焦深为0.15μm相比，有所增大。本发明通过将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条辅助图形的最小尺寸进行修正，将设计的图形包括布局主图形和散射条辅助图形转移至掩模版上，然后以掩模版为掩模，将掩模版上的布局主图形转移至半导体衬底上的光刻胶层上，采用本发明的图形化方法增大了曝光工艺窗口，使得曝光工艺稳定，使得曝光工艺比较稳定，布局主图形的解析度较高。

虽然本发明己以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1. 一种光学邻近修正方法，其特征在于，包括：

提供布局主图形；

在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；

通过将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条的最小设计尺寸进行修正。

2. 根据权利要求2所述的光学邻近修正方法，其特征在于：所述散射条辅助图形的最小设计尺寸范围为120至200nm。

3. 一种掩模版的形成方法，其特征在于，包括：

提供布局主图形；

在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；

通过将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量对散射条的最小设计尺寸进行修正；

将布局主图形及修正后的散射条辅助图形采用曝光机转移至掩模版上。

4. 根据权利要求3所述的掩模版的形成方法，其特征在于：所述散射条辅助图形的最小设计尺寸范围为120至200nm。

5. 根据权利要求3所述的掩模版的形成方法，其特征在于：所述曝光机的偏移量为布局主图形的临界尺寸的函数。

6. 根据权利要求5所述的掩模版的形成方法，其特征在于：所述散射条辅助图形的最小设计尺寸分别为120nm、140nm、160nm、180nm或者200nm；相应地，所述曝光机偏移量分别为-50nm、-30nm、-30nm、-20nm或者-10nm；修正后，形成于掩模版上的散射条辅助图形的最小尺寸分别为170nm、170nm、190nm、200nm或者210nm。

7. 一种图形化方法，其特征在于，包括：

提供布局主图形；

在布局主图形的空白处形成散射条辅助图形；

将布局主图形及修正后的散射条辅助图形采用曝光机转移至掩模版上；

提供半导体衬底，在半导体衬底上形成光刻胶层；

将掩模版上的布局主图形转移至半导体衬底上的光刻胶层上。

8. 根据权利要求7所述的图形化方法，其特征在于：所述散射条辅助图形的最小设计尺寸范围为120至200nm。

9. 根据权利要求7所述的图形化方法，其特征在于：所述曝光机的偏移量为布局主图形的临界尺寸的函数。

10. 根据权利要求9所述的图形化方法，其特征在于：所述散射条辅助图形的最小设计尺寸分别为120nm、140nm、160nm、180nm或者200nm；相应地，所述曝光机偏移量分别为-50nm、-30nm、-30nm、-20nm或者-10nm；修正后，形成于掩模版上的散射条辅助图形的最小尺寸分别为170nm、170nm、190nm、200nm或者210nm。

11. 一种掩模版，包括：

位于掩模版上的布局主图形；

位于布局主图形的空白处的散射条辅助图形；

其特征在于，所述散射条辅助图形的最小尺寸为将散射条辅助图形的最小设计尺寸减去曝光机的偏移量。

12. 根据权利要求11所述的掩模版，其特征在于：所述散射条辅助图形的最小设计尺寸范围为120至200nm。

13. 根据权利要求11所述的掩模版，其特征在于：所述曝光机的偏移量为布局主图形的临界尺寸的函数。

14. 根据权利要求13所述的掩模版，其特征在于：所述散射条辅助图形的最小设计尺寸分别为120nm、140nm、160nm、180nm或者200nm；相应地，所述曝光机偏移量分别为-50nm、-30nm、-30nm、-20nm或者-10nm；经过修正，形成于掩模版上的散射条辅助图形的最小尺寸分别为170nm、170nm、190nm、200nm或者210nm。