CN1328760C - 辨别不良图形节距以增进微影制程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供在集成电路制造上辨别不良图形节距以增进微影制程的方法。在一定的照明条件下，可根据聚焦深度或关键尺寸一致性在一图形节距范围的变化决定不良而应受禁止的图形节距。进一步可在设计规则中限制不能使用禁止图形节距(forbidden pitches)，则不必使用下一代的曝光工具微影制程即能有足够共同制程空间(process window)以含盖处理关键尺寸越来越小的下一代组件。因此，能增进光学制程空间而使图案化制程的效果和芯片制造的合格率提升。
Description
技术领域
本发明关于在微影(lithography)制程找出禁止图形节距(forbidden pitches)的方法，尤其关于在电路布局图案(layout pattern)的设计规则(design rule)中施加禁止图形节距的限制，以增进微影制程空间含盖处理各种不同布局图案的能力。
背景技术
微影制程可被使用在，例如，集成电路(integrated circuits，ICs)的制造上。在此用途上，微影技术是将设计好的图案从光罩(mask)或倍缩光罩(reticle)上转移到晶圆(wafer)表面的光阻(photoresist)上时所用的技术，亦即图案化制程(patterning process)。由于组件和电路布局图案是通过蚀刻(etching)或离子注入(ion implantation)等方法把定义在光阻上的图案转移到晶圆表面上，而光阻上的图案是由微影技术所界定的，所以微影技术是IC制造中相当重要的制程步骤。
一般来说光罩含有对应到一IC的某一层(layer)的电路布局图案，并且用辐射光束照射，即曝光，而将此图案映像到具有涂布的辐射敏感材料(即光阻)的一晶圆基材(substrate)上各个不同的目标部位。一个目标部位含有一或多个晶粒(die)。通常一个晶圆含有许多目标部位形成的网络，而辐射光束是接连依序地照射此许多目标部位。
光学微影技术中的一个关键因素是紫外线光源的波长。因为光阻只有对紫外线(ultra-violet light，UV)的一小段波长(lambda)很敏感，我们通常会根据光阻的感光度和电路的图形尺寸(feature size)来选择曝光的光线波长，波长越短则分辨率越好。随着图形尺寸的缩小以制造集成度更高的IC，曝光光线的波长也需要变短以符合图案化分辨率的必要条件。所以下一代微影技术的趋势为运用波长更短的曝光光线，例如，深紫外线(例如波长157nm)、极紫外线(extremeUV，EUV)、X光，或者包括运用相位移光罩(phase shift mask)的微影系统、电子束(electron beam)微影系统、离子束(ion beam)微影系统等等。
半导体制程技术的不断发展已使得光学微影技术非常接近它的极限。目前的先进制程已经常制造出图形图案或关键尺寸(critical dimension，CD)小于曝光波长的IC。一电路的关键尺寸被定义成一图形(feature)的最重要的、通常也是最小的宽度或两图形间最重要的、通常也是最小的间距，亦即在线路设计中最具代表性，最符合设计者需求的图形尺寸。当图案的图形被设计为小于曝光波长时，已知的是光学邻近效应(Optical Proximity Effect，OPE)会更加严重而在先进的次波长(sub-lambda)制程中无法容忍。光学邻近效应是光学曝光工具所具有为人所熟知的特性。它发生于当间距非常靠近的电路图形以微影方式转移到晶圆上的光阻时。由于相邻图形的光波互相作用，亦即衍射(diffraction)，而造成最后转移到光阻上的图案图形的扭曲失真，产生依图案形状而定的变动。光学邻近效应所成的主要问题是关键尺寸有不利的变动(undesirable variations)及较差的制程自由度(process latitude)。关键尺寸的变动和制程自由度是相邻图形的光场互相干涉(interference)所造成的直接结果。在先进制程中，对关键尺寸一致性(CD uniformity，CDU)的控制是非常重要的，因为会直接影响到晶圆区别分类的合格率和最后产品的收藏的速度。制程的自由度，包括曝光制程的自由度如果变差，则表示在一些可能影响线宽的因素略有改变时，最后成像在光阻上的线宽易超出容许范围而必须将产品重做(rework)，因而增加成本。
可调整曝光工具的特性而使用相对上较不同调(incoherent)的照明以减少光学邻近效应所产生的问题。另一类较佳的光学邻近效应修正方法是称为光学邻近修正(Optical Proximity Correction，OPC)技术，这种技术是预先修正光罩上的图形。例如在光罩上使用散射条(scattering bars)为辅助修正图形的方法。这种加入散射条的方法很适合用来修正相对孤立的图形(isolated features)使其显得更为密集。如此作法可以增加孤立的图形曝光后的聚焦深度(Depth of Focus，DOF)而提高微影的质量，同时密集的图形结构可大幅增加制程的自由度，尤其是对于传统的照明系统而言。这种方法是在光罩上将做为修正图形的散射条置于孤立的图形之间或置于邻近孤立图形的边缘的地方，因而调整孤立图形的边缘照明强度的梯度，目标为最好能造成此强度梯度与密集图形的边缘强度梯度相一致，同时有散射条辅助的孤立图形间的距离会近似于密集相邻的图形间的距离。
随着近来更先进照明系统的采用，逐渐发现显著不利的一种现象，禁止的图形节距现象(forbidden pitch phenomena)。图形节距(pitch)为图形的宽度和图形间距之和。具体而言，已经发现位于密集图形区域的一主要图形的制程自由度，特别是曝光制程的自由度，在某些图形节距范围中是比一相同大小的孤立图形的制程自由度更差。这显示出邻近图形(neighboring features)的存在，或较密集的图形结构，并不永远有利于主要图形的成像。这种现象已违反上述一般所认知的密集图形结构较佳的看法。因此，加入散射条修正图形不一定能减少关键尺寸的变动及增进制程的自由度。因为禁止图形节距范围会使成像结果变差且严重限制了先进微影制程的发展，在利用目前为人所知的半导体组件制造技术和设备之下，有必要抑制禁止图形节距的现象以进一步改善关键尺寸一致性和制程自由度。
发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种用来辨别出不良的(即该受禁止的，在禁止图形节距的范围中关键尺寸和制程自由度会变差)图形节距的范围的方法和技术；以及关于在设计方法中禁止使用禁止图形节距的范围。
更具体地说，本发明是关于辨别出不良图形节距以增进微影制程的方法，适用于当设计一光罩以通过使用一微影设备将对应符合一集成组件的微影图案从该光罩转移到一基材，或者用于当设计一集成组件并通过使用一微影曝光设备将该集成组件形成于一基材上时。一方法包括以下步骤，首先在一曝光照明条件之下，测量具有一图形节距的多个图形曝光所得的一聚焦深度，其中部分图形具有光学邻近修正图形。然后依制程结果及需求判断设定聚焦深度至少一可容许下限。接着，若此聚焦深度低于此可容许下限，则确认此图形节距为一不良图形节距。
另一方法包括以下步骤，首先在一曝光照明条件之下，测量具有一图形节距的多个图形曝光所得的一关键尺寸一致性，其中部分图形具有光学邻近修正图形。然后依制程结果及需求判断设定关键尺寸一致性至少一可容许下限。接着，若此关键尺寸一致性低于此可容许下限，则确认此图形节距为一不良图形节距。
已知关键尺寸的变动和制程自由度是相邻图形的光场互相干涉(interference)所造成的直接结果。如果是破坏性光场干涉(destructiveinterference)，则关键尺寸和制程自由度会变差。邻近图形产生的光场会依图形节距和照明条件而定。在一定的照明条件下，禁止的图形节距会出现在光场间破坏性干涉的地方。本发明的方法在一定的照明条件下，配合使用光学邻近修正技术，利用聚焦深度或关键尺寸一致性的制程结果来判定不良的图形节距。
再者，本发明亦是关于一种利于微影制程的设计方法，适用于设计及辅助制造一集成组件。此设计方法至少包含禁止使用落在一或多个图形节距范围中的图案的一或多个图形节距。这些一或多个图形节距为根据以上所述两方法的任一方法所辨别出的不良图形节距。
本发明方法和技术的优点是能用来辨别出和进一步排除禁止图形节距的范围，在利用目前为人所知的半导体组件制造技术和设备之下，而进一步改善关键尺寸一致性和制程自由度，亦即大幅增进光学制程空间而使图案化制程的效果和芯片制造的合格率提升。
附图简要说明
下面结合附图，通过对本发明的较佳实施例的详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
附图中，
图1为一多晶硅薄层微影后聚焦深度值对一图形节距范围的一对应曲线；
图2为图1的对应曲线去除四个禁止图形节距次范围的部份曲线后的一对应曲线；
图3为一多晶硅薄层微影后关键尺寸一致性指数值对一图形节距范围的一对应曲线；
图4为图3的对应曲线去除四个禁止图形节距次范围的部份曲线后的一对应曲线；
图5为一接触层微影后聚焦深度值对一图形节距范围的两对应曲线，聚焦深度值较高的曲线代表使用XTC曝光方法。
具体实施方式
下文，将详细描述本发明。
因为在禁止图形节距的范围中关键尺寸和制程自由度会变差，需要找出禁止图形节距的范围并进一步消除其产生的不良影响。本发明的方法在一定的照明条件下，配合使用光学邻近修正技术，利用聚焦深度或关键尺寸一致性的制程结果来判定不良的图形节距。
参照图1至图5，在此描述本发明的一实施例。图1为绘示在未排除禁止的图形节距的情况下进行一多晶硅薄层(poly layer)微影成像所得的聚焦深度聚焦深度对制造集成组件所需一定范围图形节距的一对应曲线图。此图是依照进行一多晶硅薄层的微影成像的结果而绘出。在此微影制程中照明条件是一定的， 特色为使用QUASAR照明模式，曝光系统的聚光透镜的数值孔径(Numerical Aperture，NA)为0.8。部份同调比率(partial coherence ratio-sigma)，亦即照明聚光透镜的数值孔径对映像物镜的数值孔径的比率，为0.8/0.5。曝光波长λ为193纳米(nm＝10-9m)。
其它制程上和曲线图上的特色包括晶圆上的关键尺寸为80纳米，横轴代表以微米(10-6m＝μm)为单位的图形节距，其范围从0.1微米至2.2微米，纵轴代表在曝光自由度固定为8％时的聚焦深度，其范围值为从0.20微米至0.60微米。曲线上的任一标示点垂直对应到横轴即为其图形节距值，垂直对应到纵轴即为其聚焦深度值。此曲线是由依图形节距从小到大的顺序连接所有标示点而绘出，制程中依照图形节距的大小衡量是否在光罩上加入散射条辅助修正图形以提升聚焦深度，图形节距越大越需加入散射条修正图形，因为要使较孤立的图形结构显得更为密集。曲线上有三种标示点，方形标示点代表未加入散射条辅助修正图形的微影曝光制程，可称为NSB(No Scattering Bars)，所以对应到相对较小的图形节距值，举例而言，具有p036符号的标示点代表此标示点是图形节距0.36微米所产生的聚焦深度值。圆形标示点代表在两图形之间的中心处加入一散射条辅助修正图形的微影曝光制程，可称为CSB(CenterScattering Bars)，对应到相对中等大小的图形节距值。三角形标示点代表在邻近一图形的两侧边缘处各加入一散射条辅助修正图形的微影曝光制程，可称为ESB(Edge Scattering Bars)，对应到相对较大的图形节距值。
即使已应用加入散射条图形的光学邻近修正技术，在图1中可看出在某些图形节距次范围中微影成像后的聚焦深度值是特别低的，所以这些图形节距次范围是较差的。在此主要考虑有使用散射条辅助修正图形的图形节距范围，所以在图1中依此原则考虑大于0.30微米的图形节距。接着依制程结果及需求判断设定聚焦深度值至少一可容许下限，在此实施例中可容许下限设为0.40微米。再依此曲线图显示的聚焦深度值结果，以此可容许下限判断找出一或多个在局部图形节距范围中聚焦深度值较差的标示点，例如图形节距0.6微米，即p060标示点，而这些标示点所对应到的图形节距即是不良的图形节距。每一个这些不良图形节距的上下相邻图形节距亦为较差的图形节距，因为聚焦深度值仍然不高。因此一不良图形节距与其上下相邻图形节距成为不良的图形节距次范围，也就是该禁止的图形节距次范围。
参照图2，其绘示从图1中考虑主要有使用散射条辅助修正图形的图形节距范围而找出四个不良图形节距次范围，并去除对应到这些次范围的曲线部份所得的结果。由图中方框200所显示可知此四个不良图形节距次范围分别是0.30至0.33微米、0.38至0.45微米、0.58至0.66微米、0.83至0.97微米的图形节距。去除在这些不良图形节距次范围中的部份后，可以看到大于0.30微米的图形节距的聚焦深度值皆大于或等于0.40微米，成为很好的制程结果。所以禁止使用不良图形节距次范围后，制程结果可得到改善。
参照图3，其绘示在未排除禁止的图形节距的情况下进行图1所代表的微影成像制程所得的关键尺寸一致性(CDU)对相同图形节距范围的一对应曲线图。图中的纵轴为代表关键尺寸一致性的大小的指数(index)，其范围值为从0.05至0.35。在此例中指数值越大则代表关键尺寸一致性越差。一特定大小的图形节距曝光后会对应到代表关键尺寸一致性的大小的一指数。接着依制程结果及需求判断设定关键尺寸一致性至少一可容许下限，在图3中若低于可容许下限代表关键尺寸一致性较差，也就是指数值高于可容许下限所对应的指数值。接着依此曲线图显示的关键尺寸一致性指数结果，以可容许下限判断找出一或多个在局部图形节距范围中关键尺寸一致性最差且在此例中亦即指数最大的标示点，这些标示点所对应到的图形节距即是不良的图形节距。每一个这些不良图形节距的上下相邻图形节距亦为较差的图形节距，因为关键尺寸一致性指数仍然较差。因此一不良图形节距与其上下相邻图形节距成为不良的图形节距次范围，也就是该禁止的图形节距次范围。图中显示四个不良的关键尺寸一致性曲线区域300、302、304、以及306。
参照图4，其绘示从图3中考虑大于0.30微米的图形节距而找出四个不良图形节距次范围之后，将对应到这些次范围的曲线区域400、402、404、和406去除所得的结果。此四个次范围与图2中方框200所显示的四个不良图形节距次范围约略重叠。这印证了从图1中依照聚焦深度值判断所找出的这四个不良图形节距次范围的确会造成较差的关键尺寸一致性。由图4中可知排除了这些不良图形节距次范围后，关键尺寸一致性制程结果变得更好，亦即可更佳控制改善关键尺寸一致性制程结果。
在此描述另一实施例。参照图5，其绘示进行一接触层(contact layer)微影成像所得的聚焦深度聚焦深度对制造集成组件所需一定范围图形节距的两对应曲线图。此接触层经过显影后图形外观检查(After Develop Inspection，ADI)得知关键尺寸为0.105微米。在此微影制程中照明条件是固定的，特色为使用QUASAR照明模式，光学系统的照明聚光透镜的数值孔径为0.8，部份同调比率为0.8/0.5，曝光波长为193纳米。其它特色包括，横轴代表图形节距，其范围从0.1微米至1.2微米，纵轴代表在曝光自由度固定为7％时的聚焦深度，其范围值为从0.05微米至0.60微米。
图中由连接所有方形标示点而绘出的曲线为使用散射条修正图形方法的聚焦深度结果，由连接所有圆形标示点而绘出的另一曲线为使用散射条修正图形方法并且使用一种称为XTC的曝光方法的聚焦深度结果。使用XTC的曝光方法可进一步改善聚焦深度值。以聚焦深度值0.40微米为可容许下限的话，对照比较两曲线可找出即使使用XTC曝光方法聚焦深度值仍然低于容许下限或并未增加的图形节距，这些图形节距即为不良的而该受禁止的图形节距。由图中可知禁止图形节距次范围为0.31～0.36微米、0.50～0.56微米。所以只要排除使用这些禁止图形节距次范围，聚焦深度值可通过使用XTC曝光方法而进一步改善增加。
由实验结果归纳可知在曝光波长λ为193nm、NA＝0.8、QUASAR30照明模式、sigma＝0.8/0.5等照明设定之下，禁止图形节距大约为310nm(～λ/(NA*sigma))。但是在加入修正辅助图形的前禁止图形节距约为450nm。再者，也发现在只加入一辅助图形的情况下会产生重复的禁止图形节距的现象，也就是例如若原本的禁止图形节距为310nm，则若在图形节距为620nm的两相同图形之间的中央加入与此两图形相同大小的一散射条修正图形，会造成每一图形与此散射条修正图形间形成310nm的图形节距，成为该被禁止的图形节距。因此应考虑这种现象而小心地选择加入散射条修正图形的方式，以避免重复产生禁止图形节距。
在以上两实施例中，排除使用禁止图形节距后，可以得知此多晶硅薄层及此接触层的聚焦深度值的容忍限度提高了，且在不同图形节距下皆超过0.35微米，这对制程上来说已足够。并且此多晶硅薄层的关键尺寸一致性也增进了超过30％。
本发明的范围也包括一种利于微影制程的设计方法，适用于设计及辅助制造一集成组件。在此设计方法中，禁止使用落在一或多个图形节距范围中的图案的一或多个图形节距。这些一或多个图形节距为根据以上所述的方法所辨别出的不良图形节距。此设计方法的实施方式为在以上的实施例中，在辨别出禁止图形节距之后，可通过在设计规则中施加禁止图形节距的限制，亦即不能使用禁止的图形节距来绘出线路，以排除使用禁止图形节距。从光罩上要转移到晶圆上的光阻的电路布局图案是由符合设计规则而绘出。设计规则含有在IC中许多不同图形的尺寸规定，包括有关图形节距的规定。
此外，此集成组件例如由一或多个薄层所组成，且使用此设计方法设计和制造。这些一或多个薄层含有使用此设计方法设计的线路图案。再者，此设计方法可被运用在以一计算器辅助设计与制造此集成组件上。
应用本发明的方法辨别出并排除禁止图形节距的范围后，即能够在利用目前为人所知的半导体组件制造技术和设备之下，进一步改善关键尺寸一致性和制程自由度，亦即大幅增进光学制程空间(process window)使共同制程空间足够含盖处理关键尺寸越来越小的下一代组件，并使图案化制程的效果和芯片制造的合格率提升。
可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明后附的权利要求的保护范围。
Claims (18)
1、一种辨别出一不良图形节距以增进微影制程的方法，适用于当设计一光罩以通过使用一微影设备将对应符合一集成组件的微影图案从该光罩转移到一基材，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
(a)在一曝光照明条件之下，测量具有一图形节距的多个图形曝光所得的一聚焦深度，其中部分图形具有光学邻近修正图形；
(b)依制程结果及需求判断设定聚焦深度至少一可容许下限；以及
(c)若该聚焦深度低于该可容许下限，则确认该图形节距为一不良图形节距。
2、根据权利要求1所述的增进微影制程的方法，其特征在于，还包含为了多个不同图形节距重复步骤(a)-(c)。
3、根据权利要求2所述的增进微影制程的方法，其特征在于，多个不良图形节距中靠近而连续的多个不良图形节距可确认为一或多个不良图形节距范围。
4、根据权利要求1所述的增进微影制程的方法，其特征在于，所述光学邻近修正图形为散射条修正图形。
5、根据权利要求1所述的增进微影制程的方法，其特征在于，在该曝光照明条件之下，该不良图形节距定义了图形间发生破坏性光场干涉的地方。
6、根据权利要求1所述的增进微影制程的方法，其特征在于，还适用于当设计一集成组件并通过使用一微影设备将该集成组件形成于一基材上。
7、一种辨别出一不良图形节距以增进微影制程的方法，适用于当设计一光罩以通过使用一微影设备将对应符合一集成组件的微影图案从该光罩转移到一基材，其特征在于，该方法至少包括以下步骤：
(a)在一曝光照明条件之下，测量具有一图形节距的多个图形曝光所得的一关键尺寸一致性，其中部分图形具有光学邻近修正图形；
(b)依制程结果及需求判断设定关键尺寸一致性至少一可容许下限；以及
(c)若该关键尺寸一致性低于该可容许下限，则确认该图形节距为一不良图形节距。
8、根据权利要求7所述的增进微影制程的方法，其特征在于，还包含为了多个不同图形节距重复步骤(a)-(c)。
9、根据权利要求8所述的增进微影制程的方法，其特征在于，多个不良图形节距中靠近而连续的多个不良图形节距可确认为一或多个不良图形节距范围。
10、根据权利要求7所述的增进微影制程的方法，其特征在于，所述光学邻近修正图形为散射条修正图形。
11、根据权利要求7所述的增进微影制程的方法，其特征在于，在该曝光照明条件之下，该不良图形节距定义了图形间发生破坏性光场干涉的地方。
12、根据权利要求7所述的增进微影制程的方法，其特征在于，也适用于当设计一集成组件并通过使用一微影设备将该集成组件形成于一基材上。
13、一种利于微影制程的设计方法，适用于设计及辅助制造一集成组件，其特征在于，该设计方法至少包含禁止使用落在一或多个图形节距范围中的图案的一或多个图形节距，该一或多个图形节距为根据权利要求1所述的方法所辨别出的不良图形节距。
14、根据权利要求13所述的利于微影制程的设计方法，其特征在于，该集成组件由一或多个薄层所组成，一或多个这些薄层含有使用该设计方法设计的线路图案。
15、根据权利要求13所述的利于微影制程的设计方法，其特征在于，该设计方法被运用在以一计算器辅助设计与制造该集成组件。
16、一种利于微影制程的设计方法，适用于设计及辅助制造一集成组件，其特征在于，该设计方法至少包含禁止使用落在一或多个图形节距范围中的图案的一或多个图形节距，该一或多个图形节距为根据权利要求7所述的方法所辨别出的不良图形节距。
17、根据权利要求16所述的利于微影制程的设计方法，其特征在于，该集成组件由一或多个薄层所组成，一或多个这些薄层含有使用该设计方法设计的线路图案。
18、根据权利要求16所述的利于微影制程的设计方法，其特征在于，该设计方法被运用在以一计算器辅助设计与制造该集成组件。
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