CN108153115A - 极紫外光刻掩模、其制作方法及生成掩模图案的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种极紫外光刻掩模、其制作方法及生成掩模图案的方法。生成极紫外光刻掩模图案的方法包括：确定主图案；将主图案与内核组的第一成像内核进行卷积运算生成第一干涉图；根据第一干涉图生成包括主图案及第一辅助图案的准掩模图案，第一辅助图案在第一干涉图中的光场相位与主图案在第一干涉图中的光场相位相同；将准掩模图案与内核组的第一成像内核进行卷积运算生成第二干涉图；根据第二干涉图生成包括主图案、第一辅助图案及第二辅助图案的掩模图案，第二辅助图案与第一辅助图案在第二干涉图中的光场相位相同，第二辅助图案和第一辅助图案在掩模上具有相反的相位。本发明提供的方法及掩模改善极紫外光刻效果。

Description

极紫外光刻掩模、其制作方法及生成掩模图案的方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种极紫外光刻掩模、其制作方法及生成掩模图案的方法。
背景技术
在半导体领域中，一般采用极紫外光刻技术(EUV)来对例如线条切割层及沟漕阻止层等光刻层进行光刻制程，以实现半导体特征尺寸在5nm及5nm以下的技术节点。在诸如线条切割层或沟漕阻止层光刻的这些技术节点中，通常使用自对准四重曝光(SAQP)和极紫外线光刻技术(EUV)来实现。而对于中段的类孔状层，通常采用单次曝光或双次曝光的极紫外线光刻技术来进行光刻。这样的光刻技术一方面可以使设计更灵活，另一方面可以使成本最小化。与浸没式光刻技术一样，为了改善光刻工艺窗口，辅助图案也将不可避免地成为极紫外线光刻技术中的一种常见做法。浸没式光刻技术中的辅助图案在光罩上的尺寸大约是80nm左右。然而，极紫外线光刻技术中，辅助图案在光罩上的尺寸大约是20nm左右。这样小的图案，对目前极紫外线光刻掩模的制造技术来讲，是非常具有挑战性的。这种极紫外线光刻掩模的辅助图案的大小尺寸既要有效地增强设计主图案的光刻工艺窗口，同时它们自身又不能出现在晶圆上。
因此，如何适当地增大零相位极紫外线光刻掩模的辅助图案的尺寸，同时又满足自身不出现在晶圆上的要求，以此来改善极紫外光刻效果，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种极紫外光刻掩模、其制作方法及生成掩模图案的方法，以改善极紫外光刻效果。
根据本发明的一个方面，提供一种生成极紫外光刻掩模图案的方法，包括：确定主图案；将所述主图案与内核组的第一成像内核进行卷积运算生成第一干涉图；根据所述第一干涉图生成准掩模图案，所述准掩模图案包括所述主图案及第一辅助图案，所述第一辅助图案在所述第一干涉图中的光场相位与所述主图案在所述第一干涉图中的光场相位相同；将所述准掩模图案与内核组的第一成像内核进行卷积运算生成第二干涉图；根据所述第二干涉图生成掩模图案，所述掩模图案包括所述主图案、第一辅助图案及第二辅助图案，所述第二辅助图案在所述第二干涉图中的光场相位与所述第一辅助图案在所述第二干涉图中的光场相位相同，所述第二辅助图案和所述第一辅助图案在掩模上具有相反的相位。
可选地，每个所述主图案的周围设置有多个第一辅助图案，每个所述主图案周围设置的多个第一辅助图案中，至少一个所述第一辅助图案与该主图案之间具有一所述第二辅助图案。
可选地，每个所述主图案的周围设置有多个第一辅助图案，各所述第一辅助图案与对应的主图案之间具有一所述第二辅助图案。
可选地，所述主图案为N边形，N为大于等于3的整数，每个所述主图案的周围设置N个第一辅助图案，且每个所述主图案周围设置的多个第一辅助图案中，每个所述第一辅助图案与所述主图案的一条边相对。
可选地，所述掩模图案中，仅所述主图案可打印在硅片上。
可选地，所述第一辅助图案和所述第二辅助图案的特征尺寸为20nm至25nm。
可选地，所述内核组的第一成像内核作为如下方程的第一本征函数来计算：
∫∫W(x1',y1'；x2',y2')Ki(x2',y2')dx2'dy2'＝αiKi(x1',y1')
其中，Ki为所述内核组的第i成像内核，αi为对应第i成像内核的本征值，W(x1’，y1’；x2’，y2’)按如下公式计算：
W(，x1',y1'；x2',y2')＝γ(x2'-x1',y2'-y1')P(x1',y1')P*(x2',y2')
其中，γ(x2’-x1’，y2’-y1’)是光罩面上，点(x1’，y1’)和点(x2’，y2’)的光场互相干因子，P(x1’，y1’)为光学成像系统的脉冲响应函数，P*是P的共轭。
根据本发明的又一方面，还提供一种极紫外光刻掩模的制作方法，包括：按如上所述的方法生成所述掩模图案；按所述掩模图案制作所述极紫外光刻掩模。
根据本发明的又一方面，还提供一种极紫外光刻掩模，所述极紫外光刻掩模按如上所述的极紫外光刻掩模的制作方法制作。
相比现有技术，本发明的优势在于：
在极紫外光刻的掩模图案中利用内核组中的第一成像内核形成的干涉图来设置第一辅助图案反向的第二辅助图案，由于第二辅助图案和第一辅助图案将相互干扰破坏彼此成像，由此可以缓解极紫外光刻的掩模图案上制造第一辅助图案的困难，进而使得第一辅助图案可以最大化增强主图案的成像对比度，同时保持第一辅助图案和第二辅助图案不会被印刷到晶圆上。此外，还可由此改善极紫外光刻光刻窗口，并改善极紫外光刻效果。
附图说明
通过参照附图详细描述其示例实施方式，本发明的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
图1示出了根据本发明实施例的生成极紫外光刻掩模图案的方法的流程图。
图2示出了根据本发明实施例的生成第一干扰图的过程。
图3示出了根据本发明实施例的生成第二干扰图的过程。
图4示出了根据本发明实施例的掩模图案的局部示意图。
图5示出了根据本发明实施例的未设置第二辅助图案时，掩模图案的成像强度的曲线图。
图6示出了根据本发明实施例的设置第二辅助图案时，掩模图案的成像强度的曲线图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
目前的光刻工艺中，光刻照明全部采用了部分相干照明。在这样的部分相干照明下，统计地看，掩模上两个点(X1，Y1)和(X2，Y2)的光场相位仍然存在着一定的关系。这种统计上的相位关系可以通过光掩模传输函数与内核组的第一成像内核(即成像方程的第一本征函数)进行卷积运算来产生的干涉图来显示。之所以可以这样做，是因为成像方程第一本征函数在传输光掩模成像信息方面占了绝对主导的地位。
具体而言，干涉图映射方法的物理原理是，基于Hopkin’s的成像公式：
其中，γ(x2-x1，y2-y1)是物平面上，即掩模上，两点(x1，y1)和(x2，y2)的光场互相干因子，光场互相干因子是由成像光照明条件设置决定的。P(x-x1，y-y1)是光学成像系统的脉冲响应函数，它是由光学系统光瞳函数确定的。更明确地说，P(x-x1，y-y1)是因物平面上在(x1，y1)点，一个单位振幅和零相位的光源扰动而行起的成像平面上点(x，y)的复振幅。M(x1，y1)是物平面上点(x1，y1)的光传输函数。带星号的变量指的是变量的共轭，例如，P*是P的共轭，M*是M的共轭。
根据Mercer定理，上述方程可以转化成更简单的形式：
其中，表示卷积运算，{αi}和{Ki}是以下方程的本征值与本征函数：
∫∫W(x1',y1'；x2',y2')Ki(x2',y2')dx2'dy2'＝αiKi(x1',y1')
W(x1',y1'；x2',y2')＝γ(x2'-x1',y2'-y1')P(x1',y1')P*(x2',y2')
根据上述公式，即可获得内核组的第一成像内核(即成像方程的第一本征函数Ki)。
跟据上述内核组的第一成像内核即可通过如下步骤，生成极紫外光刻掩模图案。具体的，如图1所示，图1示出了根据本发明实施例的生成极紫外光刻掩模图案的方法的流程图。图1中共示出了5个步骤：
步骤S110：确定主图案。
步骤S120：将所述主图案与内核组的第一成像内核进行卷积运算生成第一干涉图。
步骤S130：根据所述第一干涉图生成准掩模图案，所述准掩模图案包括所述主图案及第一辅助图案，所述第一辅助图案在所述第一干涉图中的光场相位与所述主图案在所述第一干涉图中的光场相位相同。
上述步骤S110至步骤S130可以如图2所示，第一干涉图203由主图案201(例如孤立的孔)与成像方程的第一本征函数202(即内核组的第一成像内核)作卷积运算而产生的。如果主图案201周围没有放置适当的第一辅助图案204，那么，它的光刻工艺窗口通常非常小。在第一干涉图203中有两个不同类别的区域，正值区域与主图案201具有相同的光场相位，而负值区域与主图案具有180度的相位差。第一辅助图案204放置在第一干扰图203中光场相位与主图案201相位相同的区域。这样，第一辅助图案204可以改善主图案201的成像对比度。此外，由于光场相互作用的互惠原理，主图案201反过来也有助于第一辅助图案204的成像。第一辅助图案204和主图案201共同组成准掩模图案。
为了避免第一辅助图案204被印刷到晶圆上，第一辅助图案204的尺寸通常被限制而不能采用全尺寸。在EUV光刻技术中，为了避免第一辅助图案204被印刷到晶圆上，EUV掩模的第一辅助图案在EUV掩模上的特征尺寸大约是在20nm左右，而这个尺寸目前对EUV掩模制造技术来讲，是非常具有挑战性的。
为了解决第一辅助图案204的尺寸限制，本发明进一步采用了步骤S140和步骤S150。
步骤S140：将所述准掩模图案与内核组的第一成像内核进行卷积运算生成第二干涉图。
步骤S150：根据所述第二干涉图生成掩模图案，所述掩模图案包括所述主图案、第一辅助图案及第二辅助图案，所述第二辅助图案在所述第二干涉图中的光场相位与所述第一辅助图案在所述第二干涉图中的光场相位相同，所述第二辅助图案和所述第一辅助图案在掩模上具有相反的相位。
上述步骤S140至步骤S150可以参见图3和图4，图3示出了根据本发明实施例的生成第二干扰图的过程，图4示出了根据本发明实施例的掩模图案的局部示意图。
包括主图案201和第一辅助图案204的准掩模图案205与内核组的第一成像内核202进行卷积运算生成第二干涉图206。第二干涉图206中，在于第一辅助图案204的光场相位相同的区域设置第二辅助图案207，且第二辅助图案207在掩模上与第一辅助图案204具有相反的相位。主图案201、第一辅助图案204及第二辅助图案207共同组成掩模图案208。通过这样的方式，由于他们在第二干涉图206的光场相位相同，但在掩模上的相位相反，因此它们通过破坏性干扰破坏彼此的成像，相近的第一辅助图案204和第二辅助图案207可以被制程具有更大的特征尺寸而不会被印刷到晶圆上，同时保留第一辅助图案204对主图案201成像对比度改善的功能。因此，第一辅助图案204和第二辅助图案207的特征尺寸可以大于20nm。例如，第一辅助图案204和第二辅助图案207的特征尺寸可以为20nm至25nm。
在掩模图案208中，优选地，仅所述主图案201可打印在硅片上。第一辅助图案204和第二辅助图案207不会被打印在硅片上，且可以通过测试模型或实验拟合来检验第一辅助图案204和第二辅助图案207是否会被打印。
在本发明的一个实施例中，每个主图案201周围可设置有多个第一辅助图案204，每个主图案201周围设置的多个第一辅助图案204中，至少一个第一辅助图案204与主图案201之间具有一第二辅助图案207。在这样的实施例中，可以加快掩模的制程，且可在需要的第一辅助图案204周围设置第二辅助图案207。
在本发明的另一个实施例中，每个主图案201周围可设置有多个第一辅助图案204，每个主图案201周围设置的多个第一辅助图案204中，各第一辅助图案204与主图案201之间具有一第二辅助图案207。在这样的实施例中，相当于设置了最大量的第二辅助图案207，可以增大所有第一辅助图案204的特征尺寸，进而最优地改善光刻窗口。
在本发明的又一个实施例中，主图案201为N边形，N可以为大于等于3的整数。每个所述主图案201的周围设置N个第一辅助图案204，且每个主图案201周围设置的多个第一辅助图案204中，每个第一辅助图案204与主图案201的一条边相对。按此方式设置第一辅助图案204可以对主图案201的每条边都实现光刻优化。
在本发明的又一个实施例中，第二辅助图案207的几何中心、第一辅助图案204的几何中心与主图案201之间的几何中心位于一条直线上。按此方式设置，可使主图案201与各辅助图案中心对齐以进一步实现图案之间的干扰，改善光刻效果。
7.如权利要求1至5任一项所述的生成极紫外光刻掩模图案的方法，其特征在于，
具体而言，可以参见图5和图6。图5示出了根据本发明实施例的未设置第二辅助图案时，掩模图案的成像强度的曲线图。图6示出了根据本发明实施例的设置第二辅助图案时，掩模图案的成像强度的曲线图。在图5和图6的成像强度的曲线图中，纵坐标为成像强度，横坐标为位置坐标，横坐标的单位为纳米。在图5和图6的曲线图中，横坐标为0时，其纵坐标(最大波峰)为主图案的成像强度，在最大波峰两侧的次波峰表示第一辅助图案的成像强度(横坐标之间的差表示第一辅助图案和主图案之间的距离)。在图6的曲线图中，最外侧的波峰(最低的波峰)表示第二辅助图案的成像强度。根据图5和图6可以看出，第一辅助图案在没有第二辅助图案时，它的成像强度是0.134左右，而当第一辅助图案的周围设置第二辅助图案时，它的成像强度可以降低到0.104。同时，从图6可以看出，第一辅助图案和第二辅助图案的大小尺寸仍然有优化的空间。
以上仅仅是示意性地描述本发明的一个或多个实施例，在不违背本发明构思的前提下，不同的变化例都在本发明的保护范围之内。
根据本发明的又一方面，还提供一种极紫外光刻掩模的制作方法，包括：按图1所示的方法生成所述掩模图案，并按所述掩模图案制作所述极紫外光刻掩模。其中，由于第二辅助图案与第一辅助图案在掩模上相位相反，因此，需要两次电子束来曝光。即在利用一次电子束曝光在掩模衬底上形成主图案和第一辅助图案，然后增加一层透明的相移层，并进行第二次电子束曝光以在相移层形成与第一辅助图案相位相反的第二辅助图案。例如，第一辅助图案的相位为0度，则第一辅助图案的相位为180度
根据本发明的又一方面，还提供一种极紫外光刻掩模，所述极紫外光刻掩模按如上所述的极紫外光刻掩模的制作方法制作。
相比现有技术，本发明的优势在于：
在极紫外光刻的掩模图案中利用内核组中的第一成像内核形成的干涉图来设置第一辅助图案反向的第二辅助图案，由于第二辅助图案和第一辅助图案将相互干扰破坏彼此成像，由此可以缓解极紫外光刻的掩模图案上制造第一辅助图案的困难，进而使得第一辅助图案可以最大化增强主图案的成像对比度，同时保持第一辅助图案和第二辅助图案不会被印刷到晶圆上。此外，还可由此改善极紫外光刻光刻窗口，并改善极紫外光刻效果。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (9)

1.一种生成极紫外光刻掩模图案的方法，其特征在于，包括：
确定主图案；
将所述主图案与内核组的第一成像内核进行卷积运算生成第一干涉图；
根据所述第一干涉图生成准掩模图案，所述准掩模图案包括所述主图案及第一辅助图案，所述第一辅助图案在所述第一干涉图中的光场相位与所述主图案在所述第一干涉图中的光场相位相同；
将所述准掩模图案与内核组的第一成像内核进行卷积运算生成第二干涉图；
根据所述第二干涉图生成掩模图案，所述掩模图案包括所述主图案、第一辅助图案及第二辅助图案，所述第二辅助图案在所述第二干涉图中的光场相位与所述第一辅助图案在所述第二干涉图中的光场相位相同，所述第二辅助图案和所述第一辅助图案在掩模上具有相反的相位。
2.如权利要求1所述的生成极紫外光刻掩模图案的方法，其特征在于，每个所述主图案的周围设置有多个第一辅助图案，每个所述主图案周围设置的多个第一辅助图案中，至少一个所述第一辅助图案与该主图案之间具有一所述第二辅助图案。
3.如权利要求2所述的生成极紫外光刻掩模图案的方法，其特征在于，每个所述主图案的周围设置有多个第一辅助图案，各所述第一辅助图案与对应的主图案之间具有一所述第二辅助图案。
4.如权利要求1所述的生成极紫外光刻掩模图案的方法，其特征在于，所述主图案为N边形，N为大于等于3的整数，每个所述主图案的周围设置N个第一辅助图案，且每个所述主图案周围设置的多个第一辅助图案中，每个所述第一辅助图案与所述主图案的一条边相对。
5.如权利要求1至4任一项所述的生成极紫外光刻掩模图案的方法，其特征在于，所述掩模图案中，仅所述主图案可打印在硅片上。
6.如权利要求1至4任一项所述的生成极紫外光刻掩模图案的方法，其特征在于，所述第一辅助图案和所述第二辅助图案的特征尺寸为20nm至25nm。
7.如权利要求1至4任一项所述的生成极紫外光刻掩模图案的方法，其特征在于，所述内核组的第一成像内核作为如下方程的第一本征函数来计算：
∫∫W(x1',y1'；x2',y2')Ki(x2',y2')dx2'dy2'＝αiKi(x1',y1')
其中，Ki为所述内核组的第i成像内核，αi为对应第i成像内核的本征值，W(x1’，y1’；x2’，y2’)按如下公式计算：
W(，x1',y1'；x2',y2')＝γ(x2'-x1',y2'-y1')P(x1',y1')P*(x2',y2')
其中，γ(x2’-x1’，y2’-y1’)是光罩面上，点(x1’，y1’)和点(x2’，y2’)的光场互相干因子，P(x1’，y1’)为光学成像系统的脉冲响应函数，P*是P的共轭。
8.一种极紫外光刻掩模的制作方法，其特征在于，包括：
按如权利要求1至7任一项所述的方法生成所述掩模图案；
按所述掩模图案制作所述极紫外光刻掩模。
9.一种极紫外光刻掩模，其特征在于，所述极紫外光刻掩模按如权利要求8所述的极紫外光刻掩模的制作方法制作。
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