CN109752919A - 光罩 - Google Patents

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Abstract

本公开部分实施例提供一种适用于搜集用于影像错误补偿的信息的光罩。上述光罩包括一基板。上述光罩还包括形成于基板上的一第一黑色边界结构以及一第二黑色边界结构。第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构对基板的一中心同心分布。上述光罩也包括形成于基板上方的一第一图像结构以及一第二图像结构。第一图像结构以及第二图像结构各自代表着待图案化至一半导体晶圆的多个特征的图案。第二图像结构、第二黑色边界结构、第一图像结构及第一黑色边界结构在远离基板的中心的一方向上按序排列。

Description

光罩
技术领域
本发明部分实施例涉及一种半导体光刻曝光设备，特别涉及一种可用于收集影像错误补偿的信息的半导体光刻曝光设备。
背景技术
半导体集成电路(IC)产业呈指数成长，在集成电路材料以及设计上的技术进步下产生了多个世代的集成电路，且其中每一世代较前一世代具有更小更复杂的电路。在集成电路发展的过程中，当几何尺寸(也就是工艺中所能产出的最小元件或者线路)缩小时，功能密度(也就是每一芯片区域所具有的互连装置的数目)通常会增加。一般而言，这种尺寸缩小的工艺可增加生产效率以及降低相关成本。这种尺寸缩小的工艺也会增加制造与生产集成电路的复杂度。
光刻曝光工艺形成用于各种图案化加工(例如蚀刻或离子注入)的图案化光刻胶层。在典型的光刻曝光工艺中，半导体基板的表面施加有一光敏层(光刻胶)，并且通过曝光光的图案至上述光敏层，定义有半导体装置的一部分特征的影像即转移至上述光敏层上。
先进的光刻工艺已发展以满足小的几何体积。举例而言，采用极紫外光刻以满足小的几何体积已被提出。由于特定物质对于极紫外光辐射的高吸收率，一极紫外光光刻系统通常使用一反射光学件设备以执行光刻工艺。然而，传统的极紫外光光刻系统可能遭遇半影现象(penumbra effect)。半影现象将导致装置图案不均匀的问题或者对光刻效果的降低。
虽然现有的产生光刻曝光的设备与方法已经可足以应付其需求，然而仍未全面满足。
发明内容
本公开部分实施例提供一种适用于搜集用于影像错误补偿的信息的光罩。上述光罩包括一基板。上述光罩还包括形成于基板上的一第一黑色边界结构以及一第二黑色边界结构。第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构对基板的一中心同心分布。上述光罩也包括形成于基板上方的一第一图像结构以及一第二图像结构。第一图像结构以及第二图像结构各自代表着待图案化至一半导体晶圆的多个特征。第二图像结构、第二黑色边界结构、第一图像结构及第一黑色边界结构在远离基板的中心的一方向上按序排列。
本公开部分实施例提供一种适用于搜集用于影像错误补偿的信息的光罩。上述光罩包括一基板。上述光罩还包括形成于基板上的一第一黑色边界结构以及一第二黑色边界结构。第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构为矩形，并且第一黑色边界结构环绕第二黑色边界结构。上述光罩也包括形成于基板上的一第一密集图案以及一第二密集图案。第一密集图案与第二密集图案分别排列在第一黑色边界结构的一角落与第二黑色边界结构的一角落，并且各自包括多个密集单元，每一密集单元具有规则间隔的多个特征。
本公开部分实施例提供一种收集影像错误补偿的信息的方法。上述方法包括提供具有一第一图像结构以及一第二图像结构的一光罩。上述方法还包括移动一遮光件至一第一位置，以定义一第一曝光场域，使第一图像结构相邻第一曝光场域的一边缘。上述方法也包括自第一位置移动遮光件至第二位置，以定义一第二曝光场域，使第二图像结构相邻于第二曝光场域的一边缘。此外，上述方法包括当遮光件位于第一位置时，对第一图像结构投射光线并记录第一图像结构的一影像；以及当遮光件位于第二位置时，对第二图像结构投射光线并记录第二图像结构的影像。
附图说明
图1为根据部分实施例的一光刻系统的示意图。
图2为根据部分实施例的一光罩的示意图。
图3为沿图2线段A-A所视的剖面图。
图4为根据部分实施例制造一光罩的一方法的其中一步骤的剖面示意图。
图5为根据部分实施例制造一光罩的一方法的其中一步骤的剖面示意图。
图6为根据部分实施例制造一光罩的一方法的其中一步骤的剖面示意图。
图7为根据部分实施例制造一光罩的一方法的其中一步骤的剖面示意图。
图8为根据部分实施例制造一光罩的一方法的其中一步骤的剖面示意图。
图9为图2的M区域的放大图。
图10为根据部分实施例的一密集图案D1的示意图。
图11为根据部分实施例的一过渡图案T1的示意图。
图12A为根据部分实施例所描绘的一IC设计的示意图。
图12B为根据部分实施例所描绘的一OPC图案的示意图。
图13为根据部分实施例中收集用于影像错误补偿的信息的方法的流程图。
图14为根据部分实施例图13所述的方法中遮光件位于一第一位置的剖面示意图。
图15为根据部分实施例图13所述的方法中遮光件位于一第二位置的剖面示意图。
符号说明
10～光刻系统
12～光源
14～照明器
16～光罩平台
18～投影光学盒
19～基板平台
20～光罩
210～基板
211～外边缘
212～表面
213～中心
220～反射多层
222～覆盖层
224～缓冲层
228～吸收叠层
230～吸收层
231～第一图像结构(图像结构)232～第二图像结构(图像结构)233～第三图像结构(图像结构)234～第四图像结构(图像结构)235～第五图像结构(图像结构)
240～吸收层
241～第一黑色边界结构
2411～外边缘
2412～内边缘
2413～侧边(短边)
2414～侧边(长边)
2415～角落
242～第二黑色边界结构
2421～外边缘
2422～内边缘
2425～角落
243～第三黑色边界结构
2431～外边缘
244～第四黑色边界结构
245～第五黑色边界结构
30、30'～半导体晶圆
31、31'～光刻胶层
40～遮光件
41、42～板片
411、421～内边缘
400、410～抗蚀剂层
405、415～蚀刻加工
BL～边界线
CP～中心区域
CP1～外环区域
CP2～内环区域
D1D2～密集图案
D10～密集单元
D11～特征
d2、d3～距离
L～对角线
M～区域
M1、M2～OPC图案
OP1～第一中间区域(中间区域)
OP2～第二中间区域(中间区域)
OP3～第三中间区域(中间区域)
OP4～第四中间区域(中间区域)
P1、P2～第一间距
S10～方法
S11、S12、S13、S14、S15、S16、S17～操作
T1、T2～过渡图案
T10、T12、T14～过渡单元
T16～组合
T11、T13、T15～特征
W1、W2、W3、W4、W5～宽度
具体实施方式
以下公开内容提供许多不同的实施例或优选范例以实施本公开的不同特征。当然，本公开也可以许多不同形式实施，而不局限于以下所述的实施例。以下公开内容配合附图详细叙述各个构件及其排列方式的特定范例，为了简化说明，使公开得以更透彻且完整，以将本公开的范围完整地传达予本领域技术人员。
在下文中所使用的空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位之外，这些空间相关用词也意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，而在此所使用的空间相关用词也可依此相同解释。
必须了解的是，未特别图示或描述的元件可以本领域技术人员所熟知的各种形式存在。此外，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。
以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号及/或文字，这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。
当前公开内容中所描述的先进光刻工艺、方法、和材料可被使用于包括鳍式场效晶体管(fin-type field effect transistors,FinFETs)的各种应用中。举例而言，鳍结构可以被图案化以在结构之间产生相对较小的间隔，而所述公开内容是适合应用于此。再者，所述公开内容可以应用在用来形成鳍式场效晶体管的鳍结构的间隙壁(spacers)的工艺。
图1是表示根据一些实施例的光刻系统10的示意图。一般而言，光刻系统10也可为可执行光刻曝光工艺的一扫描器，且此光刻曝光工艺具有个别的放射源以及曝光模式。
根据一些实施例，光刻系统10包括一光源12、一照明器14、一光罩平台16、一投影光学盒(projection optics box,POB))18、以及一基板平台19。光刻系统10的元件可被添加或省略，本发明实施例不被所述实施例所限制。
光源12是配置来产生波长范围约在1纳米与100纳米之间的放射线(radians)。在一个特定的例子中，光源12产生一波长集中在约13.5纳米的极紫外光光线。相应地，光源12也称为极紫外光光源。然而，应当理解的是，光源12并不限定于发出极紫外光光线。光源12可以被利用来从激发靶材施行任何高强度光子的放射(high-intensity photonemission)。
在各种实施例中，照明器14包含各种折射式光学元件，例如单一透镜或具有多重透镜(波域片)的透镜系统，或可替代地为包含各种反射式光学元件(符合极紫外光光刻系统使用)，例如单一反射镜或具有多重反射镜的反射镜系统，借此将光线由光源12导向一光罩平台16上，特别是导向一固定于光罩平台16上的光罩20。于本实施例中，反射式光学系统被使用于光源12产生极紫外光波长范围中的光线的位置。
光罩平台16是配置来固定光罩20。在部分实施例中，光罩平台16包含了一静电吸盘(e-chuck)来固定光罩20。这是因为气体分子吸收了极紫外光光线，且用于极紫外光光刻图案化(极紫外光lithography patterning)的光刻系统是维持在一个真空的环境下以避免极紫外光的强度损失。于本发明实施例中，掩模(mask)、光掩模(photomask)、以及光栅(reticle)等用语可互换使用。固定于光罩平台16上的光罩20可覆盖有一保护膜(pellicle，图未示)以减缓粒子问题(particle issue)。
投影光学盒(或投影光学盒)18是配置来将光罩20的图案映像(imaging)至一半导体晶圆30上，其中前述半导体晶圆30固定于光刻系统10的基板平台19上。在一些实施例中，投影光学盒18具有折射式光学系统(例如给紫外光光刻系统使用的)、或者替代地在各种实施例中具有反射式光学系统(例如给极紫外光光刻系统使用的)。从光罩20导引来的光线被投影光学盒18所收集，且前述光线带有定义在光罩上的图案的影像(image)。照明器14与投影光学盒18两者合称为光刻系统10的光学模块。
在部分实施例中，光刻系统10还包括连接到照明器14和投影光学盒18的多个致动器(图中未示出)，以调节照明器14的光学元件的位置。致动器电性连接到控制装置(图中未示出)。另外，致动器是根据控制装置发出的信号进行控制，以驱动照明器14和投影光学盒18的光学元件的作动。如此一来，半导体晶圆30上扫描的光的焦距即可进行调整。
图2显示根据一些实施例的光罩20的俯视图，并且图3显示沿着图2的线段A-A所示的光罩20的剖视图。在部分实施例中，如图3所示，光罩20包括基板210、反射多层220(也称为多层镜(MLM))、覆盖层222及缓冲层224。光罩20中可添加附加特征，并且在其余实施例中下列所述关于光罩20部分特征可进行替换或省略。
基板210可以用合适的材料制成，例如低热膨胀材料(LTEM)或熔融石英。在各种示例中，低热膨胀材料包括掺杂有SiO2的TiO2，或具有低热膨胀的其他合适材料。
反射多层220设置在基板210上方，特别是在基板210的表面212之上。反射多层220包括多个材料层/膜对，其中每膜对包括至少两个具有不同折射率的材料层。一般而言，膜对的数量介于约20至约80对，然而，反射多层220可具有任何数量的膜对。
通过选择至少两个材料层的材料，使反射多层220对特定的辐射类型/波长表现出高反射率。在所示实施例中，反射多层220包括对极紫外光辐射表现出高反射率的材料的膜对。例如，反射多层220包括钼-硅(Mo/Si)膜对(换句话说，每一膜对包括设置在硅层上方或下方的钼层)。在一个示例中，反射多层220包括40个Mo/Si膜对。或者，反射多层220包括钼-铍(Mo/Be)膜对，或在极紫外光波长下表现出高反射率的任何其他材料膜对的组合。
反射多层220的厚度可以进行调整，以实现在膜对的每个交接处对反射的极紫外光辐射的最大相长干涉(maximum constructive interference)，同时实现反射多层220对极紫外光辐射的最小吸收。反射多层220的每层的厚度是基于极紫外光辐射的类型和投射到光罩20上的极紫外光辐射的入射角而决定。在所示的实施例中，Mo/Si膜对的每个钼层和硅层具有约4nm至约7nm的厚度。
覆盖层222包括含硅材料，例如硅。在一个示例中，覆盖层222是反射多层220的最顶部Mo/Si膜对的硅层。覆盖层222可以防止光罩20的反射多层220(例如在加工期间)氧化。或者，覆盖层222可以包括防止反射多层220氧化的其他材料。在一个示例中，覆盖层222具有约4nm至约7nm的厚度。
缓冲层224设置在覆盖层222上方。缓冲层224包括在光罩20的加工期间保护反射多层220的材料(例如，在对光罩20的吸收层蚀刻期间)。在所示实施例中，缓冲层224包括含钌材料，例如Ru、RuNb、RuZr、RuMo、RuY、RuB、RuTi、RuLa，其他含钌材料，或其组合。
或者，缓冲层224包括含铬材料，例如Cr、CrN、CrO、CrC、CrON、CrCN、CrOC、CrOCN、其他含铬材料或其组合。在又一替代方案中，缓冲层224包括除含钌材料和含铬材料之外的材料。在缓冲层224包括由各种材料制成的多个层的范例中，缓冲层224可以包括含钌材料、含铬材料和其他材料的组合。在一个示例中，缓冲层224具有约1nm至约5nm的厚度。应注意的是，在部分替代的实施例中，覆盖层222和缓冲层224可以是单层。
在部分实施例中，吸收叠层228包括一个或多个设计用于吸收投射到光罩20上的辐射类型/波长范围内的辐射的层。例如，如图3所示，吸收叠层228包括设置在缓冲层224上方的吸收层230，以及设置在吸收层230上方的吸收层240。吸收层230和吸收层240通过光刻曝光工艺图案化，以使其具有期望在半导体晶圆30上成像的特定图案。
在部分实施例中，如图2所示，吸收层240被图案化以具有多个黑色边界结构，例如包括第一黑色边界结构241、第二黑色边界结构242、第三黑色边界结构243、第四黑色边界结构244和第五黑色边界结构245。黑色边界结构用于在光罩20上限定不同的场尺寸(fieldsize)。
第一黑色边界结构241、第二黑色边界结构242、第三黑色边界结构243、第四黑色边界结构244和第五黑色边界结构245可以同心地分布在基板210上方并围绕基板210的中心213，如图2所示。在此实施例中，第一黑色边界结构241、第二黑色边界结构242、第三黑色边界结构243、第四黑色边界结构244和第五黑色边界结构245可以为矩形。第一黑色边界结构241、第二黑色边界结构242、第三黑色边界结构243、第四黑色边界结构244和第五黑色边界结构245的侧边对应平行于基板210的多个边缘。
在部分实施例中，一中间区域形成在两个相邻的黑色边界结构之间，并且两个相邻的黑色边界结构彼此不相连结。例如，如图3所示，第一黑色边界结构241的外边缘2411与基板210的外边缘211对齐，并且第一黑色边界结构241自内边缘2412至外边缘2411具有宽度W1。另外，第二黑色边界结构242的外边缘2421与远离基板210的外边缘211相隔距离d2。距离d2大于宽度W1。如此一来，第一中间空间OP1形成在第一黑色边界结构241和第二黑色边界结构242之间。
另外，第三黑色边界结构243的外边缘2431与基板210的外边缘211相隔距离d3。距离d3大于第二黑色边界结构242的宽度W2和距离d2的总和。如此一来，在第二黑色边界结构242和第三黑色边界结构243之间形成一第二中间区域OP2。
相似的，如图2所示，一第三中间区域OP3形成于第三黑色边界结构243和第四黑色边界结构244之间，并且一第四中间区域OP4形成于第四黑色边界结构244和第五黑色边界结构245之间。中间区域OP1、OP2、OP3和OP4具为环形，并且中间区域OP1、OP2、OP3和OP4的宽度可以在约1.0mm至约1.75mm的范围内。
在部分实施例中，一中心区域被吸收层240的最内侧的黑色边界结构包围。例如，如图2所示，中心区域CP被第五黑色边界结构245包围。中心区域CP的中心位于基板210的中心213。在部分实施例中，中心区域CP被分成一外环区域CP1和由外环区域CP1所包围的一内环区域CP2。外环区域CP1和内环区域CP2之间的边界线BL可以与第五黑色边界结构245相距一预定距离。上述预定距离在约1.0mm至约1.75mm的范围内。在此实施例中，内环区域CP2可以包括具有IC设计的多个图案，并且外环区域CP2可以包括一图像结构235。图像结构235是用于收集用于增进光刻成果的信息(将于下方进一步详述)。
在部分实施例中，越靠近基板210的中心213的黑色边界结构的宽度越小。例如，如图3所示，第一黑色边界结构241的外边缘2411至内边缘2412的宽度W1大于第二黑色边界结构242的外边缘2421至内边缘2412的宽度W2。另外，第二黑色边界结构242的外边缘2421至内边缘2412的宽度W2大于第三黑色边界结构243的内边缘2432到外边缘2431的宽度W3。在部分实施例中，例如，黑色边界结构的最大宽度(例如，宽度W1)约为2mm，并且最小宽度(例如，第五黑色边界结构的宽度)约为1.7mm。
由于来自光源12(图1)的光的主光线角度(chief ray angle，CRAA)在曝光区域的中心逐渐接近90度，因此当场域尺寸减小时，曝光场域的边缘区域中的半影效应(penumbraeffect)即被限制。于是，黑色边界结构的宽度的减小不会对数据收集程序产生不利影响，但却对处理图像结构提供额外的空间，并且可以搜集更多的信息。
在部分实施例中，如图2所示，对吸收层230进行图案化以具有多个图像结构，例如第一图像结构231、第二图像结构232、第三图像结构233、第四图像结构234及第五图像结构235各自具有表示要在半导体晶圆30上图案化的特征的图案。第一图像结构231、第二图像结构232、第三图像结构233、第四图像结构234及第五图像结构235分别位于中间区域OP1、OP2、OP3和OP4以及中心区域CP的外环区域CP1。
在部分实施例中，图像结构231、232、233、234及235以及黑色边界结构241、242、243、244及245沿远离基板中心213的方向交替排列。例如，如图3所示，第二图像结构232，第二黑色边界结构242，第一图像结构231和第一黑色边界结构241在远离基板的中心的方向上依次排列。
在部分实施例中，图像结构231、232、233、234及235各自排列，以相邻于位于外侧(远离基板210的中心213的一侧)的黑色边界结构241、242、243、244及245的内边缘。例如，如图2所示，第一图像结构231配置在第一黑色边界结构241的内边缘2412附近，并且第二图像结构232配置在第二黑色边界结构242的内边缘2422的附近，这将有利于检查黑色边界结构的内边缘处的场域边缘效应(field edge effect)。
图像结构231、232、233、234及235可以完全沿着黑色边界结构241、242、243、244及245的内边缘延伸。或者，一个或多个图像结构231、232、233、234及235包括一个或多个子部分。图像结构231、232、233、234及235的子部分各自分散在中间区域OP1、OP2、OP3和OP4以及中心区域CP的外环区域CP1。例如，第一图像结构231可包括分别位于中间区域OP1的四个角落的四个子部分，并且每个子部分可以为L形或矩形。
在所描绘的实施例中，吸收层230和240设计成吸收极紫外光辐射。吸收层240的折射率高于吸收层230的折射率，并且吸收层240的消光系数(extinction coefficient)高于吸收层230的消光系数。
在部分实施例中，吸收层230和吸收层240包括实现折射率和消光系数差异的材料。吸收层230包括含银材料，吸收层240包括含钽材料(例如：Ta、TaN、TaNH、TaHF、TaHfN、TaBSi、TaB-SiN、TaB、TaBN、TaSi、TaSiN、TaGe、TaGeN、TaZr、TaZrN、其他含钽材料或其组合)。在所示实施例中，吸收层230是Ag2O层，吸收层240是TaBN层。在一个示例中，吸收层230和吸收层240各自具有约30nm至约40nm的厚度。
根据部分实施例，形成图2和图3中所示的光罩的方法说明如下。为了清楚描述，形成光罩的方法将搭配图4至图8的示意图进行说明。图4至图8已进行简化以清楚了解本公开的构思。
用于制造光罩20的方法包括提供一基板210。用于制造光罩20的方法还包括在基板210上形成一反射多层220。用于制造光罩20的方法还包括形成一覆盖层222在基板210上方。用于制造光罩20的方法还包括在覆盖层222上形成一缓冲层224。用于制造光罩20的方法还包括在缓冲层224上方形成一吸收叠层228。吸收叠层228可包括吸收层230和吸收层240。
形成反射多层220、覆盖层222、缓冲层224、吸收层230和吸收层240的多种方法包括物理气相沉积(PVD)工艺(例如，蒸发和DC磁控溅射)、电镀工艺(例如，非电镀或电镀)、化学气相沉积(CVD)工艺(例如，常压CVD(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、等离子体增强CVD(PECVD)或高密度等离子体CVD(HDPCVD))、离子束沉积、旋涂、金属有机分解(MOD)、其他合适的方法或其组合。
用于制造光罩20的方法还包括图案化吸收层230和吸收层240。(在部分实施例中，如图4和图5所示，对吸收层230进行图案化以形成图像结构231-235，并对吸收层240进行图案化以形成黑色边界结构241-245。在部分实施例中，如图4所示，在吸收层240上形成一图案化的抗蚀剂层400。在图案化的抗蚀剂层400内的多个中间区域，在基板210的图像区域(即，将在其上形成图像结构的区域)上暴露吸收层240的部分。
接着，如图5所示，蚀刻加工405使用图案化的抗蚀剂层400作为遮罩，以在基板210的图像区域中去除吸收层240的暴露部分。蚀刻加工405还去除图像区域中吸收层240的暴露部分下面的吸收层230的一部分。吸收层230和吸收层240未暴露部分保留在框架区域(即，将要形成黑色边界结构的区域)和基板210的图像区域内。
蚀刻加工405可包括干蚀刻加工、湿蚀刻加工或其组合。干式和湿式蚀刻加工具有可以调整的蚀刻参数，例如使用的蚀刻剂、蚀刻温度、蚀刻溶液浓度、蚀刻压力、电源功率、RF偏压、RF偏置功率、蚀刻剂流速和其他合适的参数。
接着，从基板210移除图案化的抗蚀剂层400，如图6所示(例如，通过抗蚀剂剥离加工)，留下图案化的吸收层240和图案化的吸收层230。图案化的吸收层230定义基板210上的图像结构231和232。
接着，如图7和图8所示，从基板210的图像区域移除吸收层240。在图7中，在吸收层240上形成一图案化的抗蚀剂层410。在图案化的抗蚀剂层410内的多个中间区域暴露在基板210的图像区域中吸收层230。图案化的抗蚀剂层410可以是在曝光加工中对辐射敏感的抗蚀剂层。
接着，如图8所示，蚀刻加工415使用图案化的抗蚀剂层410作为遮罩，以去除在基板210的图像区域中吸收层240的暴露部分。如此一来，形成中间区域OP1和OP2。蚀刻加工415不去除在图像区域中位于吸收层240的暴露部分下面的吸收层230的部分。吸收层240的未暴露部分保留在光罩20的框架区域中。缓冲层224在蚀刻加工415期间用作蚀刻停止层。因此，蚀刻加工415选择性地移除吸收层240而不移除吸收层230或缓冲层224。
接着，如图3所示，例如通过抗蚀剂剥离加工从光罩20移除图案化的抗蚀剂层410，留下包括图案化的吸收层240和图案化的吸收层230的吸收叠层228。
图9显示图2的区域M的局部放大图。在部分实施例中，第一图像结构231、第二图像结构232、第三图像结构233、第四图像结构234和第五图像结构235各自包括多个图案，以便收集在相应的黑色边界结构的边缘周围所投射的光的光学表现。
举例而言，第一图像结构231包括一密集图案D1、两个过渡图案T1和一或多个OPC图案M1。密集图案D1位于第一黑色边界结构241的一个角落(例如角落2415)附近，并且排列在第一黑色边界结构241的对角线L上。
两个过渡图案T1被排列以与密集图案D1的两侧相邻。两个过渡图案T1自对角线L偏移，并在两个预定方向上相对于密集图案D1排列。两个预定方向平行于第一黑色边界结构241中在角落2415处相交的两个侧边2413和2414的延伸方向。OPC图案M1排列在两个过渡图案T1连结密集图案D1的侧边的相对侧。
在部分实施例中，在垂直于第一黑色边界结构241的延伸方向的方向上，密集图案D1、两个过渡图案T1和OPC图案M1各自具有与中间区域OP1的宽度相同的宽度。意即，从俯视图观看，第一图像结构231的图案紧邻第一黑色边界结构241的内边缘2412和第二黑色边界结构242的外边缘2421。
举例而言，中间区域OP1在X轴方向上具有宽度W4，且在Y轴方向上具有宽度W5。密集图案D1在X轴方向上具有宽度W4，在Y轴方向上具有宽度W5。另外，位于第一黑色边界结构241的长边2413附近的过渡图案T1具有宽度W4并延伸一预定距离(例如大约1mm)。位于第一黑色边界结构241的短边2414附近的过渡图案T1具有宽度W5并延伸一预定距离(例如约1mm)。
另外，位于第一黑色边界结构241的长边2413附近的OPC图案M1具有宽度W4并延伸一预定距离(例如大约6mm)。位于第一黑色边界结构241的短边2414附近的OPC图案M1具有宽度W5并延伸一预定距离(例如约6mm)。
另外，第二图像结构232包括密集图案D2、两个过渡图案T2及一个或多个OPC图案M2。密集图案D2位于第二黑色边界结构242的其中一个角落(例如角落2425)附近，并沿第二黑色边界结构242的对角线L排列。
两个过渡图案T2被排列以与密集图案D2的两侧相邻。两个过渡图案T2自对角线L偏移并且在两个预定方向上相对于密集图案D2排列。两个预定方向平行于第二黑色边界结构242中在角落2425处相交的两个侧边2423和2424的延伸方向。OPC图案M2排列在两个过渡图案T2连结密集图案D2的侧边的相对侧。
在部分实施例中，在垂直于第二黑色边界结构242的延伸方向的方向上，密集图案D2、两个过渡图案T2和OPC图案M2各自具有与中间区域OP2的宽度相同的宽度。意即，从俯视图观看，第二图像结构232的图案紧邻第二黑色边界结构242的内边缘2422和第三黑色边界结构243的外边缘2431。
应当理解的是，第一图像结构231和第二图像结构232的图案不应限制于上述实施例。根据一些模拟结果，最明显的CD(critical dimension)变化(即黑色边界效应造成的最不利影响)倾向发生在黑色边界结构的角落。因此，非密集图案的其他图案可以放置在黑色边界结构的角落处，以便收集关于黑色边界效果(black border effect)所造成的影响的信息。
举例而言，过渡图案T1位于第一黑色边界结构241的角落附近并且排列在第一黑色边界结构241的对角线L上。密集图案D1或OPC图案M1连接于过渡图案T1的任一侧。或者，OPC图案M1可以位于第一黑色边界结构241的角落附近并且配置在第一黑色边界结构241的对角线L上。密集图案D1或过渡图案T1连接到OPC图案M1的任一侧。
图10显示根据部分实施例的密集图案D1的示意图。在部分实施例中，密集图案D1包括多个密集单元D10。密集单元D10以例如约6μm之间距排列成矩阵。每个密集单元D10具有尺寸约为3×3mm2的矩形形状，并且包括以第一间距P1规则排列的多个特征D11(例如线)。
在部分实施例中，密集图案D1具有第一图像结构231中的最高密度的特征。由于阴影效应(shadowing effect)和/或掩模黑边界效应(mask black border effect)表现在角落2415周围的位置，通过在角落2415处放置密集图案D1，可以精确地检测角落2415处的光的偏斜(deflection)。
图11显示根据部分实施例的过渡图案T1的示意图。在部分实施例中，过渡模式T1包括多个过渡单元，例如过渡单元T10、T12及T14。过渡单元T10、T12及T14沿着与第一黑色边界结构241的延伸方向平行的方向排列(图9)。
在部分实施例中，第一图像结构231中的特征密度在远离第一黑色边界结构241的角落2415的方向上逐渐减小。例如，沿着与第一黑色边界结构241的延伸方向平行的方向。黑色边界结构241(即，远离角落2415的方向)，过渡单元T10、T12及T14具有不同的特征密度并沿Y轴方向逐渐减小。过渡单元T10包括以间距P2规则排列的六个特征T11。过渡单元T12包括以间距P3规则排列的三个特征T13。过渡单元T14包括一个特征T15。间距P2可以等于或小于密集单元D10中的特征的间距P1。间距P3小于过渡单元T10中的特征T11的间距P2。因为密集图案D1位于角落2415附近并且过渡图案T1位于距角落2415一定距离处，所以密集图案D1遭受来自过渡图案T1的更多光泄漏。如此一来，更高精度的图像误差补偿可以通过在远离角落的方向上增加特征密度的配置而实现。
在部分实施例中，过渡图案T1包括多个过渡单元T10、T12及T14的组合T16。过渡单元T10、T12及T14的组合T16沿着与第一黑色边界结构241的延伸方向平行的方向按序排列。过渡图案T1可以包括十五个过渡单元T10、T12及T14的组合。利用过渡单元T10、T12及T14的组合T16，可以监视第一黑色边界结构241周围的阴影效应和/或光罩黑边界效应。
在部分实施例中，OPC图案M1包括具有修改的IC设计的多个图案以补偿场效边缘效应(field edge effect)，使得在最终集成电路或测试芯片中形成的特征的形状与IC设计布局中的高度吻合。图12A显示IC设计的示意图。图12B显示整合OPC技术的OPC图案M1的示意图。如图12A与图12B所示，OPC图案M1添加各种辅助特征，例如散射条(scatteringbar)，衬线(serif)或锤头(hammerhead)至IC设计当中。
在部分实施例中，OPC图案可以包括具有不同补偿程度的多个修正的IC设计。修正的IC设计的尺寸满足等式Wn＝Woriginal+(CA*Cn)，其中Woriginal是原始IC设计中关键特征的宽度，CA是补偿量，Cn是补偿指数，Wn是修改后的IC设计中关键特征的宽度。在此实施例中，OPC图案可以包括具有不同补偿宽度的六个修正的IC设计。第一修正的OPC图案的宽度满足等式W1＝Woriginal+(CA*C1)，其中C1可以为1。第二修正OPC图案的宽度满足等式W2＝Woriginal+(CA*C2)，其中C2可能为0.7-0.9。
图13显示根据部分实施例中收集用于在图像误差补偿中所使用的信号的方法S10的流程图。为了说明，图13的流程图将与图14-图15中所示的示意图一起描述。对于不同的实施例，可以替换或消除所描述的一些操作。
方法S10包括操作S11，在操作S11中提供一光罩20。在部分实施例中，光罩20可以放置在光罩平台16上，并通过静电力固定在光罩平台16上。当光罩20放置在光罩平台16上时，前表面(即，设置图像结构和多个黑色边界结构的表面)面向下。
方法S10还包括操作S12，其中遮光件40移动到位于光罩20下方的第一位置，以控制第一曝光场域。在部分实施例中，遮光件40包括多个叶片，例如相对于第一黑色边界结构241的四个侧面定位的四个板片，以将受光照射的曝光区域定义为矩形。
举例而言，如图14所示，遮光件的两个板片41和42位于光罩20下方。当遮光件40移动到第一位置时，板片41和42的内边缘411和421与第一黑色边界结构241对齐，并且板片41和42的边缘411和421的投影位于第一黑色边界结构241上。于是，完成第一曝光场域401的定义，并且第一图像结构231位于第一曝光场域401的边缘且与内边缘411和421相邻。
方法S10还包括操作S13。在操作S13中光121投射在第一图像结构231上。在部分实施例中，例如极紫外光光线的光121投射在第一曝光场域上并在第一图像结构231下面的反射多层反射。
方法S10还包括操作S14。在操作S14中，记录第一图像结构231的影像。在部分实施例中，从光罩20反射的光被引导到覆盖有光刻胶层31的半导体晶圆30。接着，在光刻胶层31上进行显影加工，并使用已进行图案化的光刻胶层31作为蚀刻遮罩，对光刻胶层31下面的材料层进行蚀刻加工。接着，去除光刻胶层31。于是，第一图像结构231的图像即转移到材料层。第一图像结构231的影像可以通过使用例如扫描电子显微镜(SEM)观察图案化的材料层并进行记录。
方法S10还包括操作S15。在操作S15中，遮光件40从第一位置移动到第二位置，以控制第二曝光场域。在部分实施例中，遮光件40的板片相对于第二黑色边界结构242的四个侧边定位，以将受光照射的曝光区域定义为矩形。
举例而言，如图15所示，遮光件的两个板片41和42位于光罩20下方。当遮光件40移动到第二位置时，板片41和42的内边缘411和421对齐于第二黑色边界结构242，并且板片41和42的内边缘411和421的投影位于第二黑色边界结构242上。于是，完成第二曝光场域402的定义，并且第二图像结构232位于第二曝光场域402的边缘并相邻内边缘411和421。
方法S10还包括操作S16。在操作S16中，光121投射在第二图像结构232上。在部分实施例中，光线121投射在第二曝光场域402上并在图像结构231下方的反射多层进行反射。
方法S10还包括操作S17。在操作S17中，记录第二图像结构232的影像。在部分实施例中，从光罩20反射的光被引导到覆盖有光刻胶层31的半导体晶圆30'。半导体晶圆30'不同于图1中所示的半导体晶圆30。接着，在光刻胶层31'上进行显影加工，并使用已进行图案化的光刻胶层31'作为蚀刻光栅，对光刻胶层31'下面的材料层进行蚀刻加工。接着，去除光刻胶层31'。于是，第二图像结构232的图像即转移到材料层。第二图像结构232的影像可以通过使用例如扫描电子显微镜(SEM)观察图案化的材料层并进行记录。
在部分实施例中，在记录第一图像结构231和第二图像结构231的影像之后，执行影像分析。影像分析可以将第一图像结构231和第二图像结构231的图像与光罩20的图像结构的排列相关联的数据进行比较，并确定影像和数据之间的差异。接着，将上述差异用于决定在相应图像场域上形成的IC设计(或布局)的补偿量，特别是对于在包括相应图像场域的角区域的边缘区域上形成的IC设计。
接着，对所期望的图案布局进行增强，以增加传移图案的保真度。上述增强的操作需要修改所期望的图案布局，并产生新的电脑可读取文件。上述增强可以包括添加OPC特征，子分辨率辅助特征(sub-resolution assist features，SRAF)和/或其他特征。接着，使用已增强的期望图案布局制作光罩，并用于加工待形成装置的半导体晶圆。由于光罩上的图案已经被修改，因此可以根据相应的场域尺寸精确地补偿因曝光场域的边缘区域的半影效应所引起的图像失真。
用于收集用于光刻增强的信号的方法的多种实施例中，利用光罩来测量不同尺寸的曝光场域中的带外(out-of-band，OOB)效应。于是，图像误差补偿的参数可以对应进行修改。如此一来，可以补偿和改进光刻曝光加工期间的不均匀性。与需要使用多个具有特定场域尺寸的光罩以收集相关信息的传统方法相比，本公开实施例的方法可以收集关于具有不同场域尺寸的曝光场域的信息而无需替换光栅。因此，提高了效率并降低制造成本。
本公开部分实施例提供一种适用于搜集用于影像错误补偿的信息的光罩。上述光罩包括一基板。上述光罩还包括形成于基板上的一第一黑色边界结构以及一第二黑色边界结构。第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构对基板的一中心同心分布。上述光罩也包括形成于基板上方的一第一图像结构以及一第二图像结构。第一图像结构以及第二图像结构各自代表着待图案化至一半导体晶圆的多个特征的多个图案。第二图像结构、第二黑色边界结构、第一图像结构及第一黑色边界结构在远离基板的中心的一方向上按序排列。
在上述实施例中，第一图像结构及第二图像结构分别相邻于第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构的一内侧缘排列。
在上述实施例中，第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构为矩形，并且至少第一图像结构及第二图像结构其中的一者包括一密集图案，相邻于第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构至少其中的一者的一角落。密集图案包括多个密集单元，每一密集单元具有规律间隔的多个特征，并且在相邻的两个密集单元中的特征以相同间距排列。
在上述实施例中，第一图像结构及第二图像结构至少其中的一者还包括一过渡图案，相邻于密集图案。过渡图案包括多个过渡单元，每一过渡单元具有规律间隔的多个特征，并且在相邻的两个过渡单元中的特征以相异间距排列。
在上述实施例中，第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构为矩形。在远离第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构的多个角落的一方向上，第一图像结构或第二图像结构中特征的密度逐渐减少。
在上述实施例中，第一图像结构或第二图像结构包括具有一集成电路设计的修正形状的一光学邻近校正(OPC)图案。
在上述实施例中，第一黑色边界结构的宽度大于第二黑色边界结构的宽度。
在上述实施例中，所述光罩还包括形成于基板的一反射多层。第一黑色边界结构、第二黑色边界结构、第一图像结构及第二图像结构形成于反射多层之上。
本公开部分实施例提供一种适用于搜集用于影像错误补偿的信息的光罩。上述光罩包括一基板。上述光罩还包括形成于基板上的一第一黑色边界结构以及一第二黑色边界结构。第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构为矩形，并且第一黑色边界结构环绕第二黑色边界结构。上述光罩也包括形成于基板上的一第一密集图案以及一第二密集图案。第一密集图案与第二密集图案分别排列在第一黑色边界结构的一角落与第二黑色边界结构的一角落，并且各自包括多个密集单元，每一密集单元具有规则间隔的多个特征。
在上述实施例中，在相邻的两个密集单元中的特征以相同间距排列。
在上述实施例中，第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构彼此平行排列。
在上述实施例中，上述光罩还包括一个过渡图案相邻第一密集图案或第二密集图案。过渡图案包括多个过渡单元，每一过渡单元具有规律间隔的多个特征，并且在相邻的两个过渡单元中的特征以相异间距排列。
在上述实施例中，在远离第一密集图案或第二密集图案的方向上，过渡单元的特征的密度逐渐增加。
在上述实施例中，上述光罩还包括一光学邻近校正图案，光学邻近校正图案具有一集成电路设计的修正形状，其中光学邻近校正图案相邻于第一黑色边界结构或第二黑色边界结构的一内边缘排列。
在上述实施例中，第一黑色边界结构的宽度大于第二黑色边界结构的宽度。
在上述实施例中，上述光罩还包括形成于基板的一反射多层，其中第一黑色边界结构、第二黑色边界结构、第一密集图案及第二密集图案形成于反射多层之上。
本公开部分实施例提供一种收集影像错误补偿的信息的方法。上述方法包括提供具有一第一图像结构以及一第二图像结构的一光罩。上述方法还包括移动一遮光件至一第一位置，以定义一第一曝光场域，使第一图像结构相邻第一曝光场域的一边缘。上述方法也包括自第一位置移动遮光件至第二位置，以定义一第二曝光场域，使第二图像结构相邻于第二曝光场域的一边缘。此外，上述方法包括当遮光件位于第一位置时，对第一图像结构投射光线并记录第一图像结构的一影像；以及当遮光件位于第二位置时，对第二图像结构投射光线并记录第二图像结构的影像。
在上述实施例中，光罩还包括一第一黑色边界结构以及一第二黑色边界结构，第一黑色边界结构以及第二黑色边界结构形成于一基板的上方并环绕基板的一中心排列。当遮光件位于第一位置时，遮光件的一内侧缘对齐于第一黑色边界结构。当遮光件位于第二位置时，遮光件的内侧缘对齐于第二黑色边界结构。
在上述实施例中，上述方法还包括对第一图像结构及第二图像结构的影像进行一影像分析，以决定第一图像结构及第二图像结构的影像与第一图像结构及第二图像结构的布局相关连的数据间的差异。
在上述实施例中，光线包括一极紫外光光线。
以上虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的构思和范围的情况下，对本公开可作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本公开中理解，根据本公开，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与在本公开所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些工艺、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括它们的范围内。此外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本公开的范围内。

Claims (1)

1.一种光罩，适用于搜集用于影像错误补偿的信息，包括：
一基板；
一第一黑色边界结构以及一第二黑色边界结构，形成于该基板上，其中该第一黑色边界结构以及该第二黑色边界结构对该基板的一中心同心分布；以及
一第一图像结构以及一第二图像结构，形成于该基板的上方，并且该第一图像结构以及该第二图像结构各自代表着待图案化至一半导体晶圆的多个特征的多个图案；
其中该第二图像结构、该第二黑色边界结构、该第一图像结构及该第一黑色边界结构在远离该基板的该中心的一方向上按序排列。
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