CN1140493A - 采用离轴照明用来光刻布线图案的掩模版 - Google Patents

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Abstract

在离轴照明光刻器具中掩模用来增大某些特征图形间的焦深和减小临界尺寸差别。第一掩模在孤立边缘邻近设置作为散射条的附加线214，其间距使孤立和密集的边缘梯度相匹配从而邻近效应可勿略，条宽能实现特征图形的最大焦深范围。第二掩模仅对四极式照明有效，它“抬高”了较小方形接触部的强度级和焦深范围使其接近于较大狭长接触部的强度级和焦深范围。第二掩模包含称为抗散射条的附加窗口。散射条和抗散射条都不会转印到抗蚀剂上。

Description

采用离轴照明用来光刻布线图案的掩模版
本发明涉及照相光刻制版(光刻法)领域，特别是与离轴照明条件下的光刻法有关。
光刻法是一种众所周知的工艺过程，它使呈现在一掩模版上的几何图形转印到一硅薄片表面上，在IC(集成电路)光刻工艺领域中，一种被称为光敏抗蚀剂(光刻胶)的光敏聚合物薄膜通常加在一硅基片上并使之干燥。利用一曝光器具在光源或辐射源的照射下通过一掩模版使具有适当几何图案的硅薄片曝光。曝光之后硅薄片经过显影处理使掩模版的图案转印到光敏材料上，这类掩模图案用来形成电路内的器件特征图形。
对任何一种曝光器具而言，一个重要的限定性特点是其分辨极限。所谓曝光器具的分辨极限是指曝光器具能反复地曝光在硅薄片上最细微的特征图形。目前，对于最先进的光学曝光器具的分辨极限约为0.4微米，即接近于当前许多IC布线设计的最小尺寸(称为临界尺寸或CD)。因此曝光器具的分辨率会对IC电路的最终大小和密度产生影响。
曝光器具的另一重要特点在于其焦深(DOF)，曝光器具的DOF定义为空间图象(该空间图象具有接近其分辨率尺寸的特征图形)能留在焦点内的范围。在一使图象转印到抗蚀剂到(光刻胶)层上的光刻工艺过程中需有一最小的DOF。该最小DOF能充分确保遍布在整个抗蚀剂(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抗蚀剂层的厚度。
曝光器具的DOF决定了曝光器具所设定的“可用分辨率”。例如，若一曝光器具有分辨0.4微米特征图形的能力但具有的DOF范围小于所需要的能在遍布整个抗蚀剂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。可见若能延长曝光器具的DOF范围，“可用”分辨极限可得以缩小从而可印制更小的图象。
一常规曝光器具的简图在图1中示出，从图中可见光源200射出的光波208穿过一孔径光阑(简称孔阑)201的开口202。开口202通常指孔阑的光瞳。聚光(焦)镜205聚集来自光瞳202的光线并聚焦在掩模版206上而使掩模版得到均匀的照明。当照射光束203穿过掩模版206时形成成象光束209。成象光束209投射经过透镜207从而使掩模版图案的图象被聚焦于硅薄片上。
如图1中可见，光瞳202位于孔阑201的中心处。由此照射光束203沿光轴(虚线204)从光瞳202投射到聚光镜205和掩模版206上，这种照明方法称为“轴上照明”，该名称的含义是表明照明光束是“在”光轴上的。图3示出了一轴上照明孔阑201的平面图，在图3中可见，轴上孔阑的特征是其光瞳开孔设置在中心。
为使器件的尺寸缩小，当前半导体工业正探求一种通过延伸相应的DOF范围而使曝光器具的“可用”分辨率进一步改善的新途径。最近，已注意到一曝光器具的DOF范围可通过改变掩模版图案受照射的方式而得以延伸，特别是已发现通过按一定角度投射照射光束而不是按沿光轴投射的方法可延伸曝光器具的DOF，这种照明技术可称之为“离轴照明”。
图2描绘出一提供离轴照明的曝光器具的简图。光源200射出光波208抵达孔阑201’，从图中可见，孔阑201’与孔阑201(图1)不同，孔阑201’具有两个偏心的光瞳开孔，这种改变的孔阑使从聚光镜205射出的照射光束203不是沿光轴204而是按一角度投射到掩模版206上。
图4和5示出了两种最佳离轴孔阑的平面图。图4所示是提供一种四极式照明类型的孔阑，图5所示是提供一种环形照明类型的孔阑。
由于集成电路的布线设计尺寸不断缩小，布线设计的临界尺寸常常会接近曝光器具的分辨极限，当发生这种情况时，掩模版的图案与在光敏抗蚀剂上实际形成的图案之间存在的不一致性不论对于轴上还是离轴照明的曝光器具都十分明显，这种不一致性是由多种因素造成的。
在光刻领域已引起显著关注的占首位的偏差因素是邻近效应。当相邻的特征图形相互影响作用而发生图形相关改变时就会产生邻近效应。例如，所设计的一些线条尺寸相同，但在布置设计中它们邻近于其他特征图形的程度不同(孤立的与密集的相比较)，显影出的尺寸是不同的。于是，一组密集布置的线条与孤立的(或分离的)线条相比有趋于改变尺寸的倾向。很明显，在一集成电路(IC)中当线条的宽度(线宽)不能在复制中保持一致性就会导致严重的问题。
在CDs接近于曝光器具分辨极限情况下，当印制的掩模版具有方形和长方形的接触部时另一个常见的问题就会发生。这类掩模版的特征是具有许多由大的不透光区域所围绕的尺寸不同的开口部。由于每种不同尺寸的接触需有不同的曝光能量，在大的和小的接触开口部的抗蚀剂层上显影出的CDs会具有不一致性。换句话说，对大接触部所设定的最佳能量值比较小接触部所需设定的最佳能量小得多，然而，对于一个掩模版只能设定一种曝光能量，从而所设定的能量只对一种接触类型为最佳。而对其他的接触类型而言不是曝光过度就是曝光不足。
对于邻近效应和临界尺寸下接触部的不一致性这两者都有多种解决办法，一种关于解决邻近效应问题的办法在No.5,242,770号美国专利中有描述，该专利与本发明都属于同一代理人。在该专利中描述了一种包含附加的不可分辨的线条的改进掩模版，这种不可分辨线条可调节掩模版图案中孤立边缘的边缘强度梯度，孤立边缘梯度被调节到与密集布置边缘的边缘强度梯度相匹配，结果是，孤立的和密集(布置)的特征图形得到相同的转印效果，邻近效应显著地减小了。
再者，一种减小CD不一致性的解决办法公布于No.5,256,505号美国专利中，该专利也与本发明属同一代理人，在No.5,256,505号专利中，大接触部和小接触部的能量级通过在掩模版图案中大的特征图形内附加相反透光度的线条使其能量强度级降低而得到相互匹配，其结果是，所需能量对大和小接触部这两种类型都适用，在可接受的CD范围内这两种接触类型下的特征图形都可转印。
虽然No.542,770号美国专利对轴上照明的曝光器具发生的邻近效应可得以解决，但在采用离轴照明情况下减少邻近效应就不够有效，其原因之一是离轴照明虽显著增加了密集特征图形的DOF范围，但对孤立线条DOF的改善却很小，结果是，由于这种DOF增加的差异性，在某种程度上离轴照明使邻近效应问题解决起来更棘手。
相同地，虽然No.5,256,506号美国专利提供了用一个具相同cds的掩模版印制大的和小的接触部的方法，但在大接触部情况下离轴照明所增加的DOF范围无法得以利用。
概括起来说，虽然离轴照明有其缺点，但若要使孤立的和密集特征图形之间的邻近效应和DOF的差别能减至最小并且对接触转印问题给予重视的话，半导体工业部门普遍同意应用这种照明类型能通过延伸DOF范围而有效地改善“可用”分辨率。因此需要一种具下述优点的措施，即：利用离轴照明使DOF增加并且还需提供一种处理邻近效应和接触问题的措施。
在一种利用离轴照明类型的光刻设备中，对一种用来从一掩模版向一半导体基板上转印特征图形的方法和掩模版进行了叙述。
离轴照明增大了密集特征图形的DOF范围但并不增大孤立的特征图形的DOF范围。除非孤立的特征图形的DOF范围也增大否则密集图形特征的DOF范围增大所带来的好处仍无法利用。本发明的改进掩模版在增加孤立特征图形的DOF范围的同时也可使孤立的/密集的特征图形邻近效应问题得以减小，增大的孤立图形特征的DOF范围接近于密集图形特征的DOF增大范围，从而可允许缩小曝光器具分率的设定值。
邻近效应问题和密集与孤立特征图形之间DOF的差别可通过在掩模版内孤立特征图形边缘的邻近部位设置一些称为散射条的附加线条而得以减小，散射条(或散射杆)与原来的特征图形具相同的透光度，其尺寸小于曝光器具的分辨率。由于散射条比曝光器具的分辨率还小所以(其图形)不会被转移到抗蚀剂层上去。
孤立特征图形的邻近效应和DOF的最佳调节效果与散射条的宽度及散射条与孤立特征图形边缘的距离有关。条与孤立的边缘之间的距离使得孤立边缘的边缘梯度能与密集边缘的边缘梯度相匹配，这就显著地减小了孤立特征图形与密集特征图形之间的邻近效应。条的宽度直接影响孤立特征图形的DOF范围，通过选择条的最佳宽度和条离孤立特征图形边缘的分离程度，邻近效应就得以降低，并且孤立特征图形的DOF范围能调节到与密集特征图形的DOF范围相匹配的程度。
本发明的一实例中采用了四极照明方式，散射条被置于大约为0.9×(临界尺寸)的距离处且杆的宽度大约为临界尺寸的三分之一左右。
设计本发明散射条的一种方法是首先选择散射条与孤立边缘之间的最佳分隔距离，然后在利用所选定的最佳分隔距离的同时选定散射条的最佳宽度，按这种方法，散射条的设计首要的是降低邻近效应，其次通过调节以最大程度地改善DOF。
本发明也强调了与具有不同接触尺寸的掩模版有关的问题。这是通过在掩模版图案内围绕较小的接触特征图形周围加入一些称为抗散射(或防散射)条的特征图形，这种抗散射条具有双重效果。首先它们“抬高”了小接触部的强度级从而能与较大接触部的强度级相匹配，这样做，额定的曝光需要量能对大和小的接触部都适用，其次，在使一特征图形的能量强度级(energy intensity level)增加的同时也增大了其DOF，于是小接触部的DOF范围增大了从而能与较大的接触开口的DOF范围相匹配，结果是，接触掩模中对于所有的特征图形，其整体DOF范围都增加了。
在采用四极式照明的一个实施例中，抗散射条所采用的宽度大约为30％～50％×(临界尺寸)，抗散射条的分隔距离大约等于0.90×(临界尺寸)。
设计本发明抗散射条的一种方法是，首先选定抗散射条与小接触部之间的最佳距离，接着在利用已选定的最佳间隔的同时选择抗散射条的宽度，按这种方法，抗散射杆的设计首先是匹配强度量级，其次通过调节以最大程度地改善DOF。
本发明也适用于各种形式的光刻工艺过程，如光学法光刻，以激光为基础的深度紫外线光刻，非激光的深度紫外线光刻等等。
图1描绘了一具有轴上照明的简化的曝光器具；
图2描绘了一具有离轴照明的曝光器具；
图3示出用于提供轴上照明的一孔径光阑的平面图；
图4示出四级式照明型孔径光阑的平面视图；
图5示出环状照明型孔径光阑的平面视图；
图6A-6E描绘出一些孤立的和密集的掩模版图案的特征图形的实例，其中有的具有本发明的散射条，有的没有散射条；
图7A和7B示出在抗蚀剂截面上的测量部位；
图8示出一具有方形的和长方形特征图形、带有或不带按本发明反散射条的掩模版图案。
在以下叙述中，对一种在离轴照明下用以转移特征图形的掩模版和方法进行说明。提到了各种具体的细节，诸如强度级设定、曝光器具分辨率设定等问题，以便能对本发明有一透彻的理解。然而，很明显，对于本专业领域熟悉的人员而言，这些具体的细节并不是本发明所必需采用的。在另一些例子中，众所周知的构造并未详尽地示出以避免对本发明形成不必要的模糊理解。
离轴照明是近来被采用的一种方法，以增大在光刻工艺过程中所转印的特征图形的DOF。当前认为比较理想的两种离轴照明类型是四极式照明和环形照明。然而，四极式照明比任何其它的离轴照明类型更为有效-它能提供多达200％的DOF改善程度。在图4和图5中示出了具有上述两种照明方法的孔径光阑(孔阑)的一些例子，在图4和5中可见，四极式的孔(图4)的特点是四个光瞳开孔分布在不同象限内，而环形孔(图5)的特点是环形的开口围绕孔的中心设置。
环形的和四极式的照明也会遇到许多类似问题：即在孤立的和密集的特征图形之间的邻近效应、孤立的和密集的特征图形两者的DOF差别、各种接触尺寸下CD和DOF的差异等。本发明公布了两种改进的掩模版和掩模方法。第一种改进的掩模版和其方法减小了孤立的与密集的特征图形之间的DOF差异和邻近效应问题，第二种改进的掩模版和掩模方法减小了DOF差异和大接触部与小接触部之间能量需求的差异。按此方式，离轴照明的效益就可得以实现，这两种掩模版和掩模方法使得离轴照明可用于光刻技术领域中。
孤立的和密集特征图形的邻近效应校正和DOF的调节
图6A-6C示出一些具有孤立边缘和密集边缘的特征图形的例子，所有在图6A-6C中示出的特征图形所具有的宽度等于电路设计中的CD(临界尺寸)。此外，CDs接近于曝光器具的分辨极限。如图6B和6C中所示的密集线条，其分隔间距大约等于电路设计的CD，图6A所示特征图形A有两条孤立的边缘211，图6B所示特征图形B具有一条孤立边缘211和一条密集边缘212，和图6C所示特征图形C具有两条密集边缘212。
如上所述，由于密集(分布)边缘的相互作用邻近效应，就会产生，从而使得掩模版上原始的CDs相对于最终印在抗蚀剂上的CDs对于密集特征图形和孤立特征图形是不同的，结果是特征图形A、B和C转印到抗蚀剂层上时具有不同的CD值(当CDs接近曝光器具分辨极限时)，这种现象在离轴或轴上照明情况下都存在。
No5242,770美国专利指出一种掩模，它能使孤立和密集特征图形的边缘，强度梯度相互匹配以使邻近效应下降。然而，这种改进的掩模版应用在离轴照明下对于降低DOF差别并不有效，而且在此情况下对于降低邻近效应则完全无效。于是，在No.5,242,770美国专利中所公布的改进掩模版不能直接应用在采用离轴照明的光刻工艺过程中。
本发明改进的掩模技术揭示出，在延伸孤立的特征图形的DOF范围的同时也减小了离轴照明下的邻近效应。相应地，本发明调节了按本发明的散射条的宽度及散射条离孤立边缘的间距，从而不仅使邻近效应减小了并且离轴照明下用于成象器具的总的DOF范围也增大了。
图6D和6E示出本发明的散射条，图6D中示出：在所有孤立边缘邻近处设置有散射条213的特征图形D。图6E示出具有按类似方式设置的散射条214的一组密集特征图形。如图所描绘出，图6D与图6A对应，图6E则与图6C和6B相对应。
本发明散射条的特征在于两个参数：它的宽度和它离特征图形孤立边缘的间距。已通过实验确定：散射条的分隔间距在图案转印过程中会影响邻近效应，而散射条的宽度在利用离轴照明情况下会影响孤立特征图形的DOF范围。通常认为，邻近效应比使DOF增大更为事关重要。因而首要的事是确定散射条的分隔间距使其为最佳值。一旦最佳的间隔得以确定，宽度可按能增大孤立特征图形的DOF范围来调节。
散射条的最佳间隔按下述方法由实验确定：可反复地使图6D所示的图案曝光，相对于每次曝光改变散射条的间距但条的宽度保持不变。所采用的散射条宽度为0.1微米，用于特征图形D的CD为0.4微米。图案曝光在一1.06微米厚OCG895i光敏抗蚀剂层上，采用的是ASM550/60步进式曝光器具。
通过按上述程序在四极式和环形照明两种照明情况下，分别以0.32,0.36,0.40,0.44和0.48微米的间距进行实验，从而确定出散射条的最佳间距为0.36微米。换句话说，对于一0.1微米的散射条当设定的间隔距离为0.36微米时能保证孤立的和密集的特征图形转印后的CDs大体上相等。
离所有的孤立边缘间距为0.36微米设置一散射条，其作用结果列入表1。表1给出在抗蚀剂上显影图案对于孤立特征图形A(图6A)，密集特征图形C(图6C)和具有散射条213的孤立特征图形D(图6D)的CD测量值，图6D中散射条213设置离特征图形D的孤立边缘间距为0.36微米。图1也示出局部孤立特征图形B(图6B)和带散射条214的局部孤立特征图形E(图6E)的CD测量值，图6E中散射条214设置在离特征图形E孤立边缘0.36微米处。理想情况下，特征图形D和局部孤立特征图形E的CDs应接近于密集特征图形C的CD值。
                            表1
特征图形类型 A B C D  E
所用曝光量(mJs毫焦耳) 135 145 155 150 150
顶部@CD值(微米) 0.277 0.270 0.262 0.259 0.259
底部@CD值(微米) 0.399 0.403 0.385 0.379 0.390
相对于特征图形C所需曝光能量的额定曝光能量差％ 12.9％ 6.5％ 0％ 3.2％ 3.2％
所有的CD测量值均取自如图6A，6C和6D所示的位置210处。图7A表示位置210处的一个放大的截面图。从图中可见，一个CD测量值是取自靠近截面的顶部，即截面总高的90％处，另一个CD测量值是取自靠近截面的底部，即截面总高度的10％处。应该指出在底部的CD测量值被认为比顶部的CD测量值更为临界。顶部的CD测量值仅作为对每一所测量的抗蚀剂图案的参考基准。通常，好的抗蚀剂图案必须能在两个部位一顶部和底部实施测量。若无法得到顶部CD读数，那么不是抗蚀剂图案落在焦点之外就是作用的曝光能量不合适。
表1中的曝光能量是这样选择的，即使所获的CD测量值尽可能接近0.4微米的CD测量值(即：在5％的范围内)。从表1中可见，为获得0.385的底部CD测量值对于密集特征图形C(参考特征图形)所需的曝光能量为155毫焦耳(mJs)，然而，对于孤立特征图形A达到0.399微米的底部CD测量值需要曝光能量为135mJs。由此指示出对特征图形A和特征图形C所需能量之间的差别为12.9％。同样地，局部孤立特征图形B为获得0.403的底部CD测量值需145mJs，因而对特征图形B和C所需能量之间的差别为6.5％，这意味着若特征图形A和特征图形C或B是在同一掩模版图案中并受单一的强度级曝光，那么这些特征图形的CDs就会不一致。
另一方面，对于有散射的特征图形D和E则与特征图形C接近得多。参阅表1，对于特征图形D和E，获得底部CD测量值为0.379和0.39微米时所需能量为150mJs。可以看出，在离孤立边缘距离为0.36微米处设置有散射条的特征图形，在采用四极照明条件下所需的能量与参考特征图形需要的能量相比仅相差3.2％。相应地，若特征图形C，D和E均在同一掩模版图案中，对于相同的能量设定条件下被转印到抗蚀剂层上的特征图形大体上具有相同的CD测量值。从而基本实现了CD的一致性。
相应地，在本发明的一实例中，散射条的最佳间距最好设定为CD的90％(此处CD接近于一采用离轴照明的曝光器具的分辨极限)。换句话说，对于一具有0.4微米分辨极限的曝光器具，最佳间隔的极限为0.36微米；对于一具有0.50微米分辨极限的曝光器具，最佳间隔的极限为0.45微米。类似的实验结果表明对于环形照明也有相同的结论。
一旦最佳间隔被确定，宽度也可选定，按这种方法，散射条首先应优化以减小邻近效应，其次进一步优化以获得增大的DOF范围。散射条的宽度对特征图形的DOF有很强烈的影响。散射条最佳宽度的确定也与确定最佳间隔类似的方式来确定。特别是，对图6D所示图案反复进行曝光，在散射条间距保持恒定不变情况下相对每次曝光改变散射条的宽度。所选定的散射条间距是按上述方法预先确定的最佳设定值，即为0.36微米。用于特征图形D的CD为0.4微米。图案是在一1.06微米厚的OCG8951光敏抗蚀剂层上曝光，采用的是一ASM550/60步进式曝光器具。
对于四极式和环形照明方式散射条的宽度可取0.08，0.10，0.15和0.20微米。当采用一具有0.40微米分辨极限的曝光器具情况下，散射条宽度比0.20微米宽就可能被分辨出来，所以不采用散射条大于0.2微米的宽度。
表2CD位置              孤立的特       密集的特 有散射的特征图形D的散
                征图形         征图形   射条宽度(微米)
                A              C        0.08 0.10 0.15   0.20曝光(mJs)           135            155      150  150  150    150散焦        T(顶部)                0.209@-2.50μm   B(底部)                0.370散焦T                              0.208@-2.00μm   B                      0.370散焦T                              0.221                      0.148@-1.50μm   B                      0.371                      0.390散焦        T                0.231 0.240    0.210 0.213 0.197 0.207@-1.00μm   B                0.384 0.382    0.370 0.376 0.388 0.388散焦        T                0.269 0.256    0.252 0.250 0.236 0.232@-0.50μm   B                0.409 0.391    0.386 0.387 0.390 0.391散焦        T                0.277 0.262    0.267 0.259 0.244 0.237@-0.00μm   B                0.399 0.385    0.380 0.383 0.394 0.394散焦        T                0.261 0.251    0.243 0.243 0.239 0.234@+0.50μm   B                0.357 0.373    0.349 0.359 0.378 0.392散焦          T 0.233 0.203 0.210@+1.00μm     B 0.358 0.352 0.387散焦          T 0.215@+1.50μm     B 0.356散焦          T 0.207@+2.00μm     B 0.379
表2示出对特征图形A，C和具有宽度为0.08-0.20微米散射条的特征图形D所测量出的CDs值(@不同的散焦设定值)。散焦的设定值指示出焦点设定在理想焦点之外的实际距离和方向。举个例子，一个+0.50微米的散焦设定值意味着焦点偏离焦点的理想中心为0.5微米，“+”符号则指示出焦点沿朝向抗蚀剂的方向移动，“-”符号则指示焦点是沿相反方向移动。在曝光时通过按这种受控方式预先设定焦点，得出的CDs能被用来指示DOF性能。这是一种工业上所应用的用以评价曝光器具的DOF性能的典型方法。
CDs测量值的取值点为图7A所示的相同部位。对于底部CD而言可接受值应是CD目标值的+/-10％。顶部CD最好至少比CD目标值大1/3。仅给出在可接受范围内的CD测量值。作为一个例子，对于特征图形C当散焦为-1.50微米情况下，测量的CD值不在可接受范围内所以未给出CD测量值。对于提供出可接受的尺寸结果的所有散焦设定作了DOF范围的估计。例如，对于孤立特征图形A的DOF范围是：从-1.00至+0.50；即1.50微米的DOF范围。然而，对于密集特征图形C的DOF从-2.50至+2.00，表示出4.5微米的范围。
把孤立特征图形A和密集特征图形C的DOF范围进行比较，可以看出在离轴照明条件下密集特征图形的DOF范围增大了，但对于孤立特征图形的DOF并没有任何增加。可以发现，密集特征图形的DOF范围(4.5微米)比孤立特征图形的DOF范围(1.5微米)大两倍以上。
表2也描绘出改变特征图形D的散射条宽度会影响其DOF范围。参阅表2，散射条宽度为0.08微米和0.10微米时提供的DOF范围与孤立特征图形A的DOF范围相同，即为1.50微米，然而，特征图形D中散射条宽度为1.50微米时，DOF范围略有增加，即为2.00微米。宽度为0.20微米的散射条对特征图形D的DOF有最大的改善。它的范围从-1.50至+1.00微米(即有2.50微米的DOF范围，与孤立特征图形A相比，DOF增大了一微米。DOF有一微米的增大能显著地扩展处理窗口。
相应地按上述确定出的结果，本发明的一最佳实施例中散射条距一特征图形边缘的最佳间距为电路设计中CD的90％，散射条宽度为0.20微米。
可以见到，对于取决于其相关的CDs的具体电路设计散射条的安置位置是可计算的，这使本发明的散射条掩模技术能很容易地得以实施。
例如，对于一CD为0.4微米的电路设计，散射条的安置间距为0.36微米，而对于-CD为0.5微米的电路设计中，最佳间距为0.45微米。
应该注意到，在离轴照明条件下，散射条的分隔距离等于CD的90％而其宽度等于0.20微米时是最佳的。与此作对比，在No.5,242,770号美国专利中所选定的间距和宽度分别是1.1倍CD测量值和1/5CD测量值。
表3给出各种散焦设定情况下对于以下所述条件的CD测量值：1)特征图形D内具有按本发明公布的间距和宽度的散射条(宽度＝0.20微米和间距＝0.36微米)；和2)特征图形D内具有按No.5,242,770号美国专利中规定间距和宽度的散射条(宽度＝0.08微米和间距＝0.44微米)，照明方式仍采用四极式照明并与表2中所述的工艺过程条件相同。
表3CD位置孤立特征 散射特征图形D    散射特征图形D
  图形A    (宽＝0.2μm)     (宽＝0.08μm)
                       (间距＝0.36μm)(间距＝0.44μm)曝光(mJs)           135    150             140散焦      T                0.148@-1.50μm B                0.390散焦      T         0.231  0.207           0.212@-1.00μ  B           0.384  0.388           0.354m散焦      T         0.269  0.232           0.257@-0.50 μ B           0.409  0.391           0.382m散焦      T         0.277  0.237           0.271@0.06μm  B         0.399  0.394           0.394散焦      T         0.261  0.234           0.257@+0.50μm B         0.357  0.392           0.382散焦      T         0.210@+1.00μm B         0.387
表3指出，具有按No,5,242,770号美国专利所推荐的散射条间距和宽度的特征图形D的DOF范围仅有1.5微米(-1.0微米到0.50微米)，这个DOF范围与孤立特征图形A的DOF范围相同，很明显，No.5,242,770号美国专利中推荐的散射条，对离轴照明条件下特征图形的DOF范围没有影响。
作为对比，对于特征图形D内具有按本发明规定间距和宽度的散射条，特征图形D的DOF范围能达到2.50微米(-1.50微米到1.00微米)，这就比孤立特征图形条件下和按No.5,2 42,770号美国专利所公布的准则来设定散射条间距和宽度的条件下这两者的DOF范围增大了1.0微米(的DOF范围)。
于是本发明提供了一种在离轴照明下用来转印孤立和密集的特征图形的掩模方法，它可实现：1)减少邻近效应2)通过使孤立特征图形的DOF范围增大到接近密集特征图形的DOF范围而使曝光器具的“可用”分辨极限得以下移。掩模技术包括邻近孤立边缘处提供一些不可分辨的线条，这些线条具有的分隔距离能确保降低邻近效应，其宽度能使孤立特征图形的DOF增大。
各种接触尺寸下的DOF和(能量)强度匹配
另一被认为由离轴照明引起的现象是在接触尺寸接近于曝光器具分辨极限时DOF与接触尺寸的相关性。
在离轴和轴上照明下，应注意到：对于小的接触部情况下由于衍射效应强度级常常被限制在一定范围内，于是在相同的曝光能量照射下，有较大接触部的抗蚀剂层上测得的能级强度比有较小接触部的抗蚀剂层上测得的能级，强度大得多，这意味着对于较大接触部需设定的额定曝光能量与较小接触部需设定的额定曝光能量是不同的，于是在既有大接触部又有小接触部的掩模版内，曝光能量若对于一种情况能最佳地转印图形但对另一种情况就不行了。
为克服此问题，No,5,2 56,505号美国专利提供了一种掩模技术，通过在大接触部特征图形内加入相反透光度的不可分辨的线条来“抑制”大接触部的强度级，结果是大接触部所需要的额定能量变得与小接触部所需要的额定能量相同，这种解决办法对离轴和轴上照明两者都适用，然而，在离轴照明下已明确了较高峰值的强度级能产生较好的DOF范围，从而“抑制”强度级(如No 5,256,505美国专利的办法)会对离轴照明所提供的DOF得以增大的潜在利益形成制约。本发明提供的一种解决办法能增大较小接触部的强度级，按这种方法，在离轴照明下能获得最佳DOF范围。
图8示出了三种典型接触：方形接触A、狭长形接触B和大接触C。接触部A的四条侧边都大致与电路设计的CD相同。同样，接触部B的宽度也大致与电路的临界尺寸(CD)相同。
图8也示出了各自具有本发明抗散射条的接触部D和E，抗散射条具有与接触部相同的透光度，即两者在曝光时都允许光线通过。抗散射条能起到增大较小接触部强度级的功能从而达到与较大接触部相匹配，其结果是，特征图形D实质上需要与特征图形B相同的能量。相同地，特征图形E实质上需要与特征图形C相同的能量。如本发明的散射条一样，抗散射条的宽度也设计成是不可分辨的。
应注意到，在使用四极式照明条件下抗散射条具有增大接触部强度级的效应，而在采用轴上照明或环形式照明下抗散射条对强度级的影响却很微小，因此本发明的抗散射条在四极式照明下的改善效果最为有效。
按本发明的抗散射条的宽度和分隔距离的确定是按上述类似方法通过实验确定的。按本发明的抗散射条的最佳分隔距离为0.36微米，最佳宽度为0.15-0.10微米。
表4中给出对于方形接触A、长方形接触B和设有宽度为0.15微米、分隔距离为0.36微米抗散射条215的方形接触C的CD测量值及相应的所需额定能量值，曝光能量的选择应按下述：使获得的CD值与0.40微米相比在5％的偏差范围内。
表4特征图形类型             A      B      C所用曝光能量(mJs)        240    160    170CD@Top(顶部)(微米)       0.537  0.521  0.507CD@bottom(底部)(微米)    0.386  0.402  0.382相对于特征图形B曝光能    50％   0％    6.2％量的额定差％
注：顶部和底部CD测量点的位置如图7B中所示。
应注意到接触掩模版图案在光刻胶层内形成如图7B所示“沟槽”或“孔”的截面形状。测量的结果是由于底部的CD确定了接触部开口的尺寸，所以底部CD比顶部CD更关键(或临界)，顶部CDs用来指示接触部横截面的质量。如在图7B中所示，顶部CD是取自总横截面高度的90％处而底部CD取向总横截面高度的10％处。
表4示出对于方形接触特征(图形A)为获得0.537微米的顶部CD和0.386微米的底部CD所需要的能量为240mJs(毫焦耳)，与此相比较，长方形接(触特征图形B)则需要160mJs以获得0.521微米的顶部CD和0.402微米的底部CD，比较结果表明在无散射的方形接触(特征图形A)与长方形接触(特征图形B)之间所需能量的差值达50％，然而对于没有抗散射条215的方形接触而言，为获得0.507微米的顶部CD测量值和0.382微米底部CD测量值所需的能量为170mJs，这表明了在长方形接触与一设有抗散射条的方形接触D之间进行比较我只有6.2％的能量差值，这也指明在一既包含特征图形D也包含特征图形B的掩模版中可获得大体相同的CDs。
在一光刻工艺过程中采用任何方式的照明技术在增大接触部强度的同时也增大了其DOF，这结果反映在表5中。表5比较了无散射的方形接触A、长方形接触B和设有分隔距离为0.36微米、宽度为0.15微米散射条的方形接触D和DOF范围，曝光能量的选择按下述：使CD测量值与0.40微米相比在5％的偏差范围内。表5
          CD位置 方形接触 狭长形接触   带抗散射条
                                       的方形接触
                 A        B            D曝光能量(mJs)        240      160          170散焦          T               0.538@-1.00微米    B               0.327散焦          T               0.534        0.483@-0.80微米    B               0.385        0.362散焦          T      0.524    0.525        0.499@-0.30微米    B      0.415    0.409        0.363散焦          T      0.537    0.521        0.507@0.00微米     B      0.386    0.402        0.382散焦          T               0.525        0.504@+0.30微米    B               0.352        0.325
表5指出对于方形接触A的DOF范围为0.3微米(0.0微米到-0.30微米)，因此接触部A需要高得多的曝光能量(240刘)来补偿如此短的DOF范围。若接触部A用与接触部B相同的曝光能量(160刘)来显影，那么接触A就不能得到充分显影，作为对比，长方形接触B的DOF范围为1.30微米(0.30微米至-1.00微米)一显然比方形接触部大得多。具有散射条215的方形接触D的DOF范围(与接触部B的曝光能量大致相等)是1.10微米(0.30微米至-0.80微米)一比长方形接触稍小一些。可以看出，具有散射条的方形接触部的显影明显地比无散射条的方形接触部更类似于长方形接触部。
相应地，在本发明一实例中抗散射条距接触开口部的距离等于电路设计CD值的90％，散射条的宽度等于CD的30％-50％。例如，对于CD值为0.40微米的电路设计中，散射条的宽度大约等于0.15微米间距等于0.36微米。
应指出采用轴上或环形照明条件下在掩模版中加入抗散射条不会得到相同的结果，特别是按本发明的抗散射条仅在采用四极式照明下才会显著地增大强度级。还应进一步指出，与本发明的散射条相类似，对于一具体设计确定的CD情况下抗散射条的参数是可计算的。这意味着：有关电路布置的计算机辅助设计(CAD)可以容易地修改从而包括有在布线设计中加入散射条和抗散射条的算法。
虽然本发明已结合某些实施例进行了描述，但可以理解本发明可用多种其它方法来实施。举例说本发明的概念并不严格局限于半导体工艺过程，它可应用于任何照相光刻制版工艺，因此可以理解所示出并予以描述的实例仅是一种对本发明的描述，并不意味着因此而有所限制，对作为参考的这些实施例并不意味着对权利要求的范围形成限制，权利要求仅列举出反映本发明基本特征的内容。
所以本发明提供了一种在离轴照明条件下用来增加曝光器具DOF范围的简单解决办法。

Claims (28)

1.在一用来使一掩模版上对应于一集成电路的光刻图案用光学方法转印到一半导体基板上的设备中，所述图案包括一第一种类型的特征图形，它至少有一条相对于所述图案中其它边缘是孤立(或分离)的边缘，和一第二种类型的特征图形，它的所有边缘相对很接近所述图案中的所述其它边缘，所述设备采用离轴照明方式，其中所述离轴照明使所述第二类型特征图形的焦深范围大于所述第一类型特征图形的焦深范围，一种改进的掩模版包括：
一组附加线(条)，其中每条所述附加线对应于所述孤立边缘并离所述孤立边缘以一预定间距设置于掩模版上，其特征是：所述附加线的所述宽度的选定应按下述：增大所述第一类型特征图形的所述焦深范围，从而使所述焦深范围接近所述第二类型特征图形的所述焦深范围。
2.权利要求1的改进措施，其特征在于：上述一组附加线的宽度应足够细从而不会被转印到上述基板上去。
3.权利要求2的改进措施，其特征在于：上述第一和第二类型的特征图形具有确定的最小尺寸，上述附加线的上述宽度大约为所述确定的最小尺寸的30％-50％。
4.权利要求3的改进措施，其特征在于：上述预先确定的距离大约为上述确定的尺寸的90％。
5.权利要求4的改进措施，其特征在于：上述离轴照明是一四极式照明。
6.权利要求4的改进措施，其特征在于：上述离轴照明是一环形式照明。
7.在一用来使一掩模版上对应于一集成电路的图案转印到一半导体基板上的采用轴上照明方式的光刻设备中，其中所述掩模版包含邻近于孤立特征图形的孤立(或分离)边缘的一些附加线(条)，用以降低所述掩模版上所述孤立特征图形与密集特征图形之间的邻近效应，一种用于优化离轴照明方式下的光刻设备的所述掩模版的方法，该方法能减小所述孤立与密集特征图形之间的DOF(焦深)差异和所述的邻近效应，所述方法包括以下步骤：
所述附加线设置在离所述孤立边缘一定的距离处，使得所述孤立边缘的边缘梯度实质上与所述密集特征图形的边缘梯度相匹配；
随后调节所述附加线的宽度，使得所述宽度引起的所述孤立特征图形的DOF范围接近所述密集特征图形的DOF范围。
8.权利要求7的改进措施，其特征在于：上述宽度足够小因而不会被转印到上述基板上。
9.权利要求8的改进措施，其特征在于，上述孤立的和上述密集的特征图形具有一确定的最小尺寸，和上述附加线的上述宽度大约为上述确定的最小尺寸的30％-50％。
10.权利要求9的改进措施，其特征在于：上述预先确定的距离(或间距)大约为上述确定的最小尺寸的90％。
11.权利要求10的改进措施，其特征在于：上述离轴照明是一四极式的照明。
12.权利要求10的改进措施，其特征在于：上述离轴照明是一环形式的照明。
13.在一用来使一掩模版上对应于一集成电路的光刻图案用光学方法转印到一半导体基板上的设备中，所述设备采用四极式照明，所述图案包括至少一种特征图形，一种改进的掩模版包括：
一邻近并围绕所述至少一个特征图形设置的一附加特征图形，所述附加特征图形设置在离所述的至少一个特征图形的所有边缘有一预定距离并具有与所述的至少一个特征图形相同的透光度，所述附加特征图形的宽度选定应能使所述至少一个特征图形的焦深增大。
14.权利要求13的改进掩模板，其特征在于：上述宽度应足够小从而不会被转印到上述基板上。
15.权利要求14的改进措施，其特征在于：上述宽度大约等于上述设备轴上照明分辨极限的三分之一。
16.权利要求14的改进措施，其特征在于：上述的至少一特征图形具有一确定的最小尺寸，和上述预定的距离大约等于所述最小尺寸的90％。
17.在一用来使一掩模版上对应于一集成电路的光刻图案用光学方法转印到一半导体基板上的设备中，所述设备采用四极式照明，所述图案包含一第一类型特征图形和一第二类型特征图形，其中所述第一和第二类型特征图形各自具有相应的DOF范围，其中所述第一类型特征图形的所述DOF范围大于所述第二类型特征图形的所述DOF范围，一改进的掩模版，包括：
一邻近并离所述第二特征图形的所有边缘有一预定距离围绕所述掩模版上的所述第二特征图形设置的一附加特征图形，所述附加特征图形具有与所述第二特征图形相同的透光度，和所述附加特征图形的尺寸的选定应能使所述第二特征图形的上述DOF增大到接近所述第一特征图形的上述DOF的程度。
18.权利要求17的改进措施，其特征在于：上述附加特征图形具有的宽度足够小从而不会被转印到上述基板上。
19.权利要求18的改进措施，其特征在于：上述宽度大约等于上述设备轴上照明下分辨极限的三分之一。
20.权利要求19的改进措施，其特征在于：上述第一和第二类型特征图形具有一确定的最小尺寸和上述预定距离大约等于所述最小尺寸的90％。
21.权利要求20的改进措施，其特征在于：上述第一类型特征图形相对地大于上述第二类型特征图形。
22.权利要求21的改进措施，其特征在于：上述第一类型特征图形是一狭长形接触部特征图形和上述第二类型特征图形是一方形接触部特征图形。
23.在一用来使一掩模版上对应于一集成电路的光刻图案用光学方法转印到一半导体基板上的设备中，所述设备采用四极式照明，所述图案包含一第一类型特征图形和一第二类型特征图形，其中所述第一和第二类型特征图形各自具有相应的亮度级和DOF，其中所述第一类型特征图形的强度级和DOF大于所述第二类型特征图形的强度级和DOF，一种为使所述第二类型特征图形的强度和DOF范围增大的方法：
在所述掩模版上提供一附加的特征图形，所述特征图形邻近并围绕所述第二类型特征图形设置，并具有与所述第一和第二类型特征图形相同的透光度；
所述特征图形设置在离所述第二类型特征图形有一距离，所述距离应能使所述第二类型特征图形的所述强度级实质上能与所述第一类型特征图形的所述强度级相匹配；和
接着调节所述附加特征图形的宽度，所述宽度能使得所述第二特征图形的DOF范围接近于所述第一特征图形的DOF范围。
24.权利要求23的改进措施，其特征在于：上述附加的特征图形其宽度足够细从而不会被转印到上述基板上。
25.权利要求24的改进措施，其特征在于：上述宽度大约等于轴上照明下上述设备分辨极限的三分之一。
26.权利要求25的改进措施，其特征在于：上述第一和第二类型特征图形具有一确定的最小尺寸，和上述预定距离大约等于所述最小尺寸的90％。
27.权利要求26的改进措施，其特征在于：上述第一类型特征图形大于上述第二类型特征图形。
28.权利要求27的改进措施，其特征在于：上述第一类型特征图形是一狭长的接触特征图形，和上述第二类型特征图形是一方形的接触部特征图形。
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