CN101458444B - 制作光掩模版及图形化的方法 - Google Patents

Abstract

一种制作光掩模版的方法，包括：测量光掩模版的厚度；将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数；用厚度系数补偿光掩模版效应后，进行光学近距修正；将修正后的布局图形转移至光掩模版上，形成掩模版图形。本发明还提供图形化方法。本发明使晶圆上的图形临界尺寸与相应的布局图形临界尺寸的差距得到改善，进而提高半导体器件的质量。

Description

制作光掩模版及图形化的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及制作光掩模版及图形化的方法。

背景技术

随着半导体制造技术的飞速发展，为了半导体器件达到更快的运算速度、更大的资料存储量以及更多的功能，半导体芯片向更高集成度方向发展。而半导体芯片的集成度越高，则半导体器件的临界尺寸(CD，Critical Dimension)越小。作为半导体制造关键技术之一的光掩模版制作也不断地改进来适应图形细微化的发展。

通过光刻技术使光掩模版上的线路图案聚焦在晶圆的光刻胶层上，线路图案在光掩模版上通常表示为非透明区域和透明区域。为了实现微小的CD，必须增强光学分辨率，以制造接近光掩模版工艺中光学分辨率极限的半导体器件。美国专利US6042973揭露在光掩模版上的多个掩模版图形边缘分别形成近似圆形的次解析栅栏(sub-resolution grating)，因此当该掩模版图形转移至晶圆时，该图形边缘的分辨率可以提高，然而该次解析栅栏并无法避免该图形转移时发生光学近距效应。因此，为了避免上述光学近距效应造成掩模版图形转移失真，而无法将图形正确地转移至晶圆上，现行的半导体工艺均是先利用计算机系统来对该图形的布局图形进行光学近距修正(OPC，OpticalProximity Correction)，以消除光学近距效应，然后再依据修正过的布局图形制作掩模版图形，形成于光掩模版上。因此，光学近距修正的基本原理就是对于布局图形进行预先的修正，使得修正的量正好能够补偿光学近距效应造成的缺陷，从而经过光学近距修正而形成的掩模版图形转移到晶圆上后，就能达到曝光工艺的要求。

现有技术一般将光掩模版当成理想状态，即不考虑光掩模版的厚度，可将光掩模版看作是二维的，用麦克斯韦(Maxwell)电磁场理论计算光通过理想厚度光掩模版的传递函数：

$\frac{{\∂H}_x}{\∂t}=\frac{1}{\mathrm{\μ}}(\frac{\∂E_y}{\∂z}-\frac{{\∂E}_z}{\∂y}),$ $\frac{{\∂H}_y}{\∂t}=\frac{1}{\mathrm{\μ}}(\frac{{\∂E}_z}{\∂x}-\frac{{\∂E}_x}{\∂z}),$ $\frac{\∂H_z}{\∂t}=\frac{1}{\mathrm{\μ}}(\frac{\∂E_x}{\∂y}-\frac{{\∂E}_y}{\∂x}),$

$\frac{\∂E_x}{\∂t}=\frac{1}{\mathrm{\ϵ}}(\frac{{\∂H}_z}{\∂y}-\frac{\∂H_y}{\∂z}-{\mathrm{\σE}}_x),$ $\frac{\∂E_y}{\∂t}=\frac{1}{\mathrm{\ϵ}}(\frac{\∂H_x}{\∂z}-\frac{{\∂H}_z}{\∂x}-{\mathrm{\σE}}_y),$ $\frac{\∂E_z}{\∂t}=\frac{1}{\mathrm{\ϵ}}(\frac{{\∂H}_y}{\∂x}-\frac{{\∂H}_x}{\∂y}-\mathrm{\σ}{E}_z)$

其中，H为磁场强度，E为电场强度，t为时间，μ为磁导率，ε为电导率。

当光掩模版为理想状态时，在将光掩模版上的掩模版图形转移至晶圆上时，在光掩模版透明区域，光完全通过；而在光掩模版非透明区域，光被完全遮挡。由于不考虑光掩模版的厚度，因此光通过透明区域时不会受边缘影响，光不会被反射至非透明区域对应的晶圆图形暗区，能将掩模版图形完整转移至晶圆上，图形的临界尺寸不会发生变化。如图1所示，在理想光掩模版10透明区域，光的传递函数为1，而在非透明区域，光的传递函数为0，为脉冲波形。

随着半导体器件的密集度提高，布局图形变得越来越复杂，用麦克斯韦理论计算通过各掩模版图形的光传递函数变得复杂，不可行，且用此方法进行OPC优化的话，需要处理10¹⁰⁰次以上才能达到收敛的状态。

同时，由于光掩模版都具有一定厚度，在将光掩模版上的掩模版图形转移至晶圆上过程中，光通过掩模版透明区域时，部分光会被光掩模版的非透明区域的铬膜层侧壁反射，使部分光偏离透明区域的掩模版图形的尺寸范围，使非透明区域的掩模版图形发生曝光，产生光学近距效应，从而导致图形分辨率下降，晶圆上的图形与光学近距修正模型仿真的布局图形的临界尺寸相差很大。如图3所示，带三角形黑线、带圆形黑线及带方形黑线是对不同类型的晶圆图形的实际临界尺寸和光学近距修正模型仿真的布局图形的临界尺寸的误差，即边缘设置误差(edge placement error，EPE)，从图中可看出边缘设置误差变化很大。如图2所示，在实际光掩模版20的透明区域，由于光被光掩模版非透明区域的铬膜层侧壁反射，光能量会有一定损失，光的传递函数只在开口中央为1，而边缘都小于1；而在非透明区域，光的传递函数不完全为0，由透明区域至非透明区域，光的传递函数呈递减趋势，为正弦波形。

由于光掩模版有厚度的影响，在对光掩模版上的透明区域掩模版图形进行曝光时，光会被光掩模版非透明区域的铬膜层侧壁反射，造成不应曝光的非透明区域掩模版图形也会出现曝光，进而会造成转移至晶圆上的半导体器件图形临界尺寸与布局图形发生变化，影响半导体器件的质量。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种制作光掩模版及图形化方法，改善晶圆上的图形临界尺寸与相应的布局图形临界尺寸的差距。

为解决上述问题，本发明提供一种制作光掩模版的方法，包括：测量光掩模版的厚度；将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数；用厚度系数补偿光掩模版效应后，进行光学近距修正；将修正后的布局图形转移至光掩模版上，形成掩模版图形。

可选的，所述厚度系数为 $G_T=\frac{\exp [-(x^2+y^2)]/{\mathrm{\λ}}^2}{T}$ ，其中x为光掩模版长，y为光掩模版宽，λ为波长，T为光掩模版厚度。

可选的，用厚度系数补偿光掩模版效应进一步包括：将厚度系数与理想光掩模版的第一透射函数A进行卷积，得到在光掩模版有厚度时的第二透射函数B；将第二透射函数B与光学近距修正模型C进行卷积。

可选的，所述理想光掩模版为光掩模版的厚度为零，其第一透射函数A为1，0离散函数。

可选的，厚度系数G_T与第一透射函数A的卷积公式为B＝G_T

A＝∫G_T(X)A(X-X′)dX′。

可选的，第二透射函数B与光学近距修正模型C的卷积为B

C＝∫B(Y)C(Y-Y′)dY′。

本发明提供一种图形化的方法，包括：测量光掩模版的厚度；将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数；用厚度系数补偿光掩模版效应后，进行光学近距修正；将修正后的布局图形转移至光掩模版上，形成掩模版图形；将掩模版图形转移至晶圆上，形成器件图形。

可选的，所述厚度系数为 $G_T=\frac{\exp [-(x^2+y^2)]/{\mathrm{\λ}}^2}{T}$ ，其中x为光掩模版长，y为光掩模版宽，λ为波长，T为光掩模版厚度。

可选的，用厚度系数补偿光掩模版效应进一步包括：将厚度系数与理想光掩模版的第一透射函数A进行卷积，得到在光掩模版有厚度时的第二透射函数B；将第二透射函数B与光学近距修正模型C进行卷积。

可选的，所述理想光掩模版为光掩模版的厚度为零，其第一透射函数A为1，0离散函数。

可选的，厚度系数G_T与第一透射函数A的卷积公式为B＝G_T

A＝∫G_T(X)A(X-X′)dX′。

可选的，第二透射函数B与光学近距修正模型C的卷积为BC＝∫B(Y)C(Y-Y′)dY′。

与现有技术相比，上述方案具有以下优点：将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数；用厚度系数补偿光掩模版效应后，进行光学近距修正。用厚度系数补偿三维光掩模版效应，即补偿使光通过光掩模版透明区域时的光能量损失，以及修正光由于被非透明区域的阻剂层侧壁的反射而导致的多余光能量进入非曝光区，使晶圆上的图形临界尺寸与相应的布局图形临界尺寸的差距得到改善，进而提高半导体器件的质量。

附图说明

图1是现有理想光掩模版的光传递函数示意图；

图2是现有实际光掩模版的光传递函数示意图；

图3是现有布局图形与晶圆图形临界尺寸比较图；

图4是本发明制作光掩模版的具体实施方式流程图；

图5是本发明经过修正后实际光掩模版的光传递函数示意图；

图6是本发明图形化的具体实施方式流程图；

图7是本发明布局图形与晶圆图形临界尺寸比较图。

具体实施方式

本发明将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数；用厚度系数补偿光掩模版效应后，进行光学近距修正。用厚度系数补偿三维光掩模版效应，即补偿使光通过光掩模版透明区域时的光能量损失，以及修正光由于被非透明区域的阻剂层侧壁的反射而导致的多余光能量进入非曝光区，使晶圆上的图形临界尺寸与相应的布局图形临界尺寸的差距得到改善，进而提高半导体器件的质量。

下面结合附图和较佳实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图4是本发明制作掩模版的具体实施方式流程图。如图4所示，执行步骤S101，测量光掩模版的厚度。

在光掩模版上形成掩模版图形的工艺如下：先在透明玻璃上形成一不透光的铬膜层；在铬膜层上形成抗反射层；在抗反射层上旋涂阻剂层；以光学直写、投影式电子束直写或扫描电镜(SEM)直写等方式曝光，将布局软件中的布局线路图形转移至阻剂层上，接着以显影工艺在阻剂层上定义出掩模版线路图形开口；以阻剂层为幕罩，以湿法刻蚀或电浆刻蚀方法刻蚀抗反射层和铬膜层；当抗反射层和铬膜层刻蚀完成后，则移除阻剂层和抗反射层，形成透光的掩模版线路图形区域和不透光的掩模版线路图形区域。

所述光掩模版的厚度为铬膜层和透明玻璃的共同厚度。

执行步骤S102，将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数。

本执行步骤中，所述厚度系数为 $G_T=\frac{\exp [-(x^2+y^2)]/{\mathrm{\λ}}^2}{T}$ ，其中x为光掩模版长，y为光掩模版宽，λ为波长，T为光掩模版厚度。

本执行步骤中，λ的具体数值可以为193纳米。

执行步骤S103，用厚度系数补偿光掩模版效应后，进行光学近距修正。

本执行步骤中，用厚度系数补偿光掩模版效应进一步包括：将厚度系数与理想光掩模版的第一透射函数A进行卷积，得到在光掩模版有厚度时的第二透射函数B；将第二透射函数B与光学近距修正模型C进行卷积。

所述理想光掩模版为光掩模版的厚度为零，其第一透射函数A为1，0离散函数，即 $A=\left\{\begin{array}{c}1\\ 0\end{array}\right..$

本执行步骤中，厚度系数G_T与第一透射函数A的卷积公式为B＝G_T A＝∫G_T(X)A(X-X′)dX′，X’泛指空间坐标，如果是空间坐标是两维的，那X’＝(x’，y’)。

本执行步骤中，所述第二透射函数B与光学近距修正模型C的卷积公式为B

C＝∫B(Y)C(Y-Y′)dY′，得到光强分布；其中，Y’泛指空间坐标。

如图5所示，用高斯函数补偿光通过实际光掩模版30透明区时的光能量损失，即：使光通过光掩模版透明区域，光的传递函数为1；而在光掩模版非透明区域，修正由于铬膜层侧壁的对光反射而导致晶圆上非曝光区被部分曝光的多余能量，使光的传递函数为0。

执行步骤S104，将修正后的布局图形转移至光掩模版上，形成掩模版图形。

以光学直写、投影式电子束直写或扫描电镜(SEM)直写方式将修正后的布局图形转移至光掩模版上。

由于高斯函数是一种拟合的方式，因此只需要计算一次，就可得到目标值；而实际求解MAXWELL方程组，是一个复杂的有限差分方程求解，需要的循环迭代求解次数较多。

图6是本发明图形化的具体实施方式流程图。如图6所示，执行步骤S201，测量光掩模版的厚度。

所述光掩模版的厚度为铬膜层和透明玻璃的共同厚度。一般采用椭圆偏振仪测量其厚度。

执行步骤S202，将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数。

本实施例中，所述厚度系数为 $G_T=\frac{\exp [-(x^2+y^2)]/{\mathrm{\λ}}^2}{T}$ ，其中x为光掩模版长，y为光掩模版宽，λ为波长，T为光掩模版厚度。

执行步骤S203，用厚度系数补偿光掩模版效应后，进行光学近距修正。

用厚度系数补偿光掩模版效应进一步包括：将厚度系数与理想光掩模版的第一透射函数A进行卷积，得到在光掩模版有厚度时的第二透射函数B；将第二透射函数B与光学近距修正模型C进行卷积。

其中，  厚度系数G_T与第一透射函数A的卷积公式为B＝G_T

A＝∫G_T(X)A(X-X′)dX′，X’泛指空间坐标，如果是空间坐标是两维的，那X’＝(x’，y’)。

所述第二透射函数B与光学近距修正模型C的卷积公式为B

C＝∫B(Y)C(Y-Y′)dY′，得到光强分布；其中，Y’泛指空间坐标。

执行步骤S204，将修正后的布局图形转移至光掩模版上，形成掩模版图形。

以光学直写、投影式电子束直写或扫描电镜(SEM)直写方式将修正后的布局线路图形转移至光掩模版上。

执行步骤S205，将掩模版图形转移至晶圆上，形成器件图形。

在执行步骤S205中，在曝光机台中，将光掩模版上掩模版图形转移至晶圆的光刻胶膜上，经过曝光显影工艺，形成器件图形。

由于将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数补偿光通过光掩模版透明区时的光能量损失，且修正了由于铬膜层侧壁的对光反射而导致晶圆上非曝光区被部分曝光的多余能量，因此晶圆上的图形的临界尺寸与布局图形的临界尺寸接近一致。

图7是本发明布局图形与晶圆图形临界尺寸比较图。由于光掩模版都具有一定厚度，在将光掩模版上的掩模版图形转移至晶圆上过程中，光通过掩模版透明区域时，部分光会被光掩模版的非透明区域的铬膜层侧壁反射，使部分光偏离透明区域的掩模版图形的尺寸范围，使非透明区域的掩模版图形发生曝光，产生光学近距效应，从而导致图形分辨率下降。用光掩模版厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数来补偿由于光掩模版厚度造成的三维光掩模版效应，补偿光通过光掩模版透明区时的光能量损失，且修正了由于铬膜层侧壁的对光反射而导致晶圆上非曝光区被部分曝光的多余能量，因此晶圆上图形的临界尺寸与光学近距修正模型中仿真的布局图形的临界尺寸接近一致。如图7所示，带三角形黑线、带圆形黑线及带方形黑线是对不同类型的晶圆图形的实际临界尺寸和光学近距修正模型仿真的布局图形的临界尺寸的误差，即边缘设置误差，从图中可看出边缘设置误差变化较小。

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。

Claims (2)

1.一种制作光掩模版的方法，其特征在于，包括：

测量光掩模版的厚度；

将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数，所述厚度系数为

其中x为光掩模版长，y为光掩模版宽，λ为波长，T为光掩模版厚度；

将厚度系数与理想光掩模版的第一透射函数A进行卷积，得到在光掩模版有厚度时的第二透射函数B，即

其中X’泛指空间坐标，所述理想光掩模版为光掩模版的厚度为零，其第一透射函数A为1，0离散函数；

将第二透射函数B与光学近距修正模型C进行卷积，即

其中Y’泛指空间坐标；

将修正后的布局图形转移至光掩模版上，形成掩模版图形。

2.一种图形化的方法，其特征在于，包括：

测量光掩模版的厚度；

将厚度代入高斯函数进行计算，得到厚度系数，所述厚度系数为

其中x为光掩模版长，y为光掩模版宽，λ为波长，T为光掩模版厚度；

将厚度系数与理想光掩模版的第一透射函数A进行卷积，得到在光掩模版有厚度时的第二透射函数B，即

其中X’泛指空间坐标，所述理想光掩模版为光掩模版的厚度为零，其第一透射函数A为1，0离散函数；

将第二透射函数B与光学近距修正模型C进行卷积，即其中Y’泛指空间坐标；

将修正后的布局图形转移至光掩模版上，形成掩模版图形；

将掩模版图形转移至晶圆上，形成器件图形。

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