TW201346431A - 光罩及形成圖案的方法 - Google Patents

Abstract

一種光罩，包括一基板、至少一第一條狀圖案、至少一第二條狀圖案以及一輔助圖案。第二條狀圖案的一寬度係實質上大於第一條狀圖案的一寬度，且輔助圖案係設置於相鄰第一條狀圖案的第二條狀圖案中，其中輔助圖案未重疊第二條狀圖案之一中心線。

Description

光罩及形成圖案的方法

本發明係關於一種光罩及形成圖案的方法，尤指一種具有輔助圖案的光罩及使用此光罩形成圖案的方法。

由於電子產品及其周邊產品係朝輕薄短小方向發展，在半導體製程中，元件縮小化與積集化是必然之趨勢，也是各界積極發展的重要課題，其中微影技術(lithography)係決定元件性能之關鍵技術。

現行的半導體製程係先將積體電路(integrated circuits)的設計圖案形成於一光罩上，隨後將光罩上的圖案藉由曝光與顯影步驟，以一定比例轉移到半導體晶片上的光阻層中，並進一步配合相關的蝕刻製程，將元件逐步形成於半導體晶片上。隨著積體電路之積集度的提升，元件尺寸縮小，元件與元件間的距離也隨之縮小。然而，由於光學接近效應(optical proximity effect,OPE)等因素的影響，上述元件的距離在曝光製程中已面臨到其極限。舉例來說，為了得到微小尺寸的元件，光罩之透光區的間隔(pitch)將配合元件尺寸而縮小，但若透光區之間的間隔縮小至特定範圍時(曝光波長為1/2或以下時)，通過光罩的光線會發生繞射、干涉等現象，進而影響轉移後圖案的解析度，使得光阻上的圖形產生偏差(deviation)，例如直角轉角圓形化(right-angled corner rounded)、直線末端緊縮(line end shortened)以及直線線寬增加或縮減(line width increase/decrease)等，都是常見的光學接近效應所導致的光阻圖案缺陷。此外，當光罩之透光區之間具有不同的間隔以及不同的圖案分佈密度時，其中通過間隔較小的透光區的光線會受到具有較大間隔之透光區的影響而使得轉移後的圖案發生扭曲或產生微負荷效應(micro-loading effect)的現象。

為了解決上述的問題，習知技術藉由在位於具有不同間隔之透光區之間的相鄰空隙上形成虛置圖案，使得當圖案轉移至光阻層上時，光學接近效應所導致的光阻圖案缺陷係產生在虛置圖案上，以確保實際使用的光阻圖案能夠完整形成。習知技術所採用的另一種方法是在具有不同間隔之透光區之間的相鄰空隙上形成多數條分散條(scattering bar)，藉由此分散條的設置，使得當圖案轉移至光阻層上時，間隔較小的透光區中的光阻圖案不會受到光學接近效應的影響。然而，虛置圖案會形成在半導體晶片上，造成半導體晶片的可利用面積下降，而分散條的設置也會耗費光罩的可利用面積，增加光罩的佈局預算(layout budget)。因此，當光罩之透光區具有不同的間隔時，如何維持間隔較小的透光區中的光阻圖案之完整實為相關技術者所欲改進之課題。

本發明之目的之一在於提供一種具有輔助圖案的光罩及使用此光罩形成圖案的方法，以提高所形成的圖案之正確性。

本發明之一較佳實施例是提供一種光罩，包括一基板、至少一第一條狀圖案、至少一第二條狀圖案以及一輔助圖案。第二條狀圖案的一寬度係實質上大於第一條狀圖案的一寬度，且輔助圖案係設置於相鄰第一條狀圖案的第二條狀圖案中，其中輔助圖案未重疊第二條狀圖案之一中心線。

本發明之另一較佳實施例是提供一種形成圖案的方法，包括下列步驟。首先，提供一佈局圖案，此佈局圖案包括至少一第一條狀圖案以及至少一第二條狀圖案，且第二條狀圖案的一寬度係實質上大於第一條狀圖案的一寬度。接著，定義相鄰第一條狀圖案的第二條狀圖案為一選取圖案，且形成一輔助圖案於選取圖案中，其中輔助圖案未重疊選取圖案之一中心線。然後，輸出佈局圖案以及輔助圖案至一光罩。

本發明提供一具有至少一開口的輔助圖案設置於相鄰第一條狀圖案的第二條狀圖案中之光罩以及一種利用此光罩形成圖案的方法，其中第二條狀圖案的寬度係實質上大於第一條狀圖案的寬度。輔助圖案用於均勻化微影製程中通過第一條狀圖案之兩側的光線量，以提高透過光罩上鄰近第二條狀圖案之第一條狀圖案所形成的圖案之正確性。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

本發明提供一種光罩，請參考第1圖。第1圖繪示本發明第一較佳實施例之一光罩的示意圖。如第1圖所示，光罩100包含一基板12、複數條條狀圖案14以及一輔助圖案20。基板12包含透明的玻璃基板、石英基板、透明的塑膠基板或是由其他適當之可透光材質所形成的基板。複數條條狀圖案14為不透光的材料所構成，例如鉻(Cr)，設置於基板12上其可包含複數個可轉印性圖案(printable feature)，且該等可轉印性圖案又可包含任何用以構成積體電路(integrated circuits，IC)的特徵圖案，例如摻雜區圖案、元件圖案、佈線圖案等。此外，該等條狀圖案14包含至少一第一條狀圖案16以及至少一第二條狀圖案18，其中第二條狀圖案18的一寬度係實質上大於第一條狀圖案16的一寬度，且第二條狀圖案18具有一中心線L。第一條狀圖案16與第二條狀圖案18均沿一第一方向D1延伸以及沿一第二方向D2相互平行設置，其中第一方向D1垂直第二方向D2。此外，第二條狀圖案18之中心線L係平行第一方向D1，且第一條狀圖案16係平行第二條狀圖案18之中心線L，但不以此為限。輔助圖案20設置於相鄰第一條狀圖案16A的第二條狀圖案18中，未重疊第二條狀圖案18之中心線L且較佳係平行第二條狀圖案18之中心線L。在本較佳實施例中，輔助圖案20是設置於不透光的第二條狀圖案18中之一透光的開口，其中輔助圖案20沿第二方向D2之截面的寬度係小於一特定值，亦即光罩100中不會被曝出之圖案的最大尺寸，且大於光罩製作機台的曝光極限亦即可由光罩製作機台形成的圖案之最小尺寸，更詳細地說，以特徵尺寸為20奈米(nanometer，nm)的半導體製程為例，光罩100中不會被曝出之圖案的最大尺寸實質上約為32奈米，而光罩製作機台的曝光極限實質上約為13奈米，因此輔助圖案20沿第二方向D2之截面的寬度係實質上介於13奈米與32奈米之間。換句話說，輔助圖案20係為一非可轉印性圖案(non-printable feature)，也就是說，當使用光罩10對晶圓上之一感光的材料層(圖未示)進行一微影製程時，只有不透光的第一條狀圖案16以及不透光的第二條狀圖案18的圖形可對應於顯影後的一第一圖案(圖未示)以及一第二圖案(圖未示)形成於材料層上，而對應第二條狀圖案18顯影後所形成的第二圖案中，不會出現對應輔助圖案20的開口。此外，複數個第一空隙(圖未示)可定義於第一圖案與相鄰的第一圖案之間，亦即各第一空隙對應於光罩100上兩相鄰的第一條狀圖案16之間的各第一間隙SP1，以及一第二空隙(圖未示)可定義於第一圖案與相鄰的第二圖案之間，亦即各第二空隙對應於光罩100上第一條狀圖案16與第二條狀圖案18之間的各第二間隙SP2。

值得注意的是，由於第一條狀圖案16的寬度與第二條狀圖案18的寬度不同，在後續的微影製程中，若受到具有相同能量的光源例如：248奈米(nanometer，以下簡稱為nm) KrF或193 nm的深紫外光(Deep UV)的照射，在材料層上，各第一空隙所接收的最大光強度值將不同於第二空隙所接收的最大光強度值，也就是說，藉由第一條狀圖案16A形成於材料層上的第一圖案之一側邊所接收的光強度值也將不同於第一圖案之另一側邊所接收的光強度值，因此，第一圖案將發生偏移的現象。據此，在本實施例中，係將可透光的輔助圖案20完全設置於相鄰第一條狀圖案16A之不透光的第二條狀圖案18之中，亦即第二條狀圖案18的不透光材料完全環繞輔助圖案20，且輔助圖案20為非可轉印性圖案，不會顯影在材料層上，用以調整第二空隙所接收的最大光強度值，進而降低藉由第一條狀圖案16A形成於材料層上的第一圖案之一側邊以及另一側邊所接收到的光強度值之差異，避免第一圖案變形。

請繼續參考第1圖，在本實施例中，輔助圖案20包含一開口，且開口可包含至少一個幾何圖案，例如：至少一矩形圖案。輔助圖案20較佳係平行第一條狀圖案16且朝第一方向D1延伸，而後續曝光製程之光源所提供的光線較佳係沿垂直於紙面的方向穿過光罩100，以達到藉由光罩形成於材料層上的圖案之較佳解析度，但不以此為限。輔助圖案20設置於第二條狀圖案18中，此外，輔助圖案20靠近第二條狀圖案18之一側邊S，且該側邊S鄰近第一條狀圖案16A。輔助圖案20可用於調整第二空隙所接收的光線，使第二空隙所接收的最大光強度值與第一圖案所接收的最小光強度值之差值實質上接近第一空隙所接收的最大光強度值與第一圖案所接收的最小光強度值之差值，以降低對應於第一條狀圖案16A之一側邊16S1的第一圖案之一側邊所接收到的光強度值與對應於第一條狀圖案16A之另一側邊16S2的第一圖案之另一側邊所接收到的光強度值之差異，有助於在進行後續的微影製程時，維持材料層上使用與第二條狀圖案18相鄰的第一條狀圖案16A所形成的第一圖案之完整性。

由於不同線寬、不同光學設定所能夠成像的尺寸無法以相同的方式或公式定義，故輔助圖案20之尺寸範圍也隨線寬以及光學設定的不同而有所不同。此外，設置於不透光的第二條狀圖案18中之透光的輔助圖案20之尺寸、形狀、數量與排列方式，可依製程需求調整。本發明之輔助圖案並不以上述實施例為限，在其他實施例中，輔助圖案也可包含具有其他幾何圖案的開口或複數個開口。下文將依序介紹本發明之其它較佳實施例，且為了便於比較各實施例之相異處並簡化說明，在下文之各實施例中使用相同的符號標注相同的元件，且主要針對各實施例之相異處進行說明，而不再對重覆部分進行贅述。

請參考第2圖。第2圖繪示本發明第二較佳實施例之一光罩的示意圖。如第2圖所示，光罩200包含基板12、位於第一條狀圖案16B與第二條狀圖案18之間的第一條狀圖案16A、鄰近第一條狀圖案16A的第二條狀圖案18以及設置於第二條狀圖案18中的輔助圖案22。輔助圖案22未重疊第二條狀圖案18之中心線L且較佳係平行第二條狀圖案18之中心線L，與第一較佳實施例不同之處在於，輔助圖案22所包含之開口係接觸第二條狀圖案18之上側邊US與下側邊LS，也就是說，未封閉的圖案也可用於均勻化第一圖案之側邊所接收到的光強度值。

請參考第3圖。第3圖繪示本發明第三較佳實施例之一光罩的示意圖。如第3圖所示，光罩300包含基板12、複數條第一條狀圖案16、鄰近第一條狀圖案16A的第二條狀圖案18以及設置於第二條狀圖案18中的輔助圖案24。與第一較佳實施例不同之處在於，輔助圖案24包含複數個開口P，且各開口P分別包含一幾何圖案，例如為圓形。該等開口P沿第一方向D1設置且平行第二條狀圖案18之中心線L。在本實施例中，輔助圖案24係由複數個相同圖形所組成，亦即，輔助圖案24包含複數個相同的圓形開口。在其他實施例中，輔助圖案的各開口也可各自具有不同的幾何圖案例如：三角形、平行四邊形、菱形或正方形。

請參考第4圖。第4圖繪示本發明第四較佳實施例之一光罩的示意圖。如第4圖所示，光罩400包含基板12、複數條第一條狀圖案16、位於第一條狀圖案16A/16C之間的第二條狀圖案18以及設置於第二條狀圖案18中的輔助圖案26。如前所述，相鄰第一條狀圖案16A/16C的第二條狀圖案18在顯影製程中容易造成通過與其相鄰的第一條狀圖案16A/16C之兩側的光線量不同，使得藉由第一條狀圖案16A/16C所形成的第一圖案之側邊所接收到的光強度值不同，而形狀偏移，因此，需設置輔助圖案26於第二條狀圖案18中，使每一第一條狀圖案16能夠完整轉移至材料層上以形成第一圖案。在本實施例中，輔助圖案26包含複數個開口P’，且各開口P’分別包含一幾何圖案例如：矩形，該等開口P’未重疊第二條狀圖案18之中心線L。與第三較佳實施例不同之處在於，輔助圖案26可分別定義複數個子輔助圖案26’於其中，子輔助圖案26’分別由一開口P’組成，且沿第二方向D2非等間距設置，此外，各子輔助圖案26’較佳係平行第二條狀圖案18之中心線L。輔助圖案26可調整顯影後之各第一圖案與顯影後之第二圖案之間的第二空隙所接收的光線，使第二空隙的最大光強度值與第一圖案所接收的最小光強度值之差值實質上相等於第一圖案與第一圖案之間的各第一空隙所接收的最大光強度值與第一圖案所接收的最小光強度值之差值，以維持藉由鄰近第二條狀圖案18之第一條狀圖案16A/16C所形成的第一圖案之圖形完整。值得注意的是，子輔助圖案26’與第二條狀圖案18之側邊S1/S2的間距W1/W2以及子輔助圖案26’與子輔助圖案26’之間的間距W3/W4均可調整，以達到第二空隙的最大光強度值實質上相等於第一空隙的最大光強度值。

同理論之，請參考第5圖。第5圖繪示本發明第五較佳實施例之一光罩的示意圖。如第5圖所示，光罩500包含基板12、複數條第一條狀圖案16、位於第一條狀圖案之間16A/16C的第二條狀圖案18以及設置於第二條狀圖案18中的輔助圖案28。在本實施例中，輔助圖案28包含複數個開口P，且各開口P分別包含一幾何圖案例如：圓形，該等開口P未重疊第二條狀圖案18之中心線L。輔助圖案28可分別定義複數個子輔助圖案28’於其中，子輔助圖案28’沿第二方向非等間距設置，此外，子輔助圖案28’較佳係平行第二條狀圖案18之中心線L。與第四較佳實施例不同之處在於，各子輔助圖案28’係由複數個開口P組成，且各子輔助圖案28’中的該等開口P係沿第一方向D1設置。

本發明亦提供一種形成圖案的方法，請參考第6圖至第10圖。第6圖至第8圖繪示了本發明之一較佳實施例之形成圖案的方法之示意圖。如第6圖所示，首先，提供一佈局圖案30，例如：將佈局圖案30輸入至一電腦系統(圖未示)。佈局圖案30包含複數個可轉印性圖案(printable feature)，且可轉印性圖案又可包含任何用以構成積體電路(integrated circuits，IC)的特徵圖案，例如摻雜區圖案、元件圖案、佈線圖案等任何用以構成積體電路(integrated circuits，IC)的特徵圖案，例如摻雜區圖案、元件圖案、佈線圖案等。在本實施例中，佈局圖案30包括至少一第二條狀圖案34以及複數個第一條狀圖案32設置於第二條狀圖案34之一側，第二條狀圖案34與複數個第一條狀圖案32均為可轉印性圖案且第二條狀圖案34的一寬度係實質上大於第一條狀圖案32的一寬度。各第一條狀圖案32與第二條狀圖案34均沿一第一方向D1延伸以及沿一第二方向D2平行設置，其中第一方向D1垂直第二方向D2。此外，第二條狀圖案34之中心線L1係平行第一方向D1，且各第一條狀圖案32平行第二條狀圖案34之中心線L1，但不以此為限。

接著，如第7圖所示，在佈局圖案30中，定義相鄰第一條狀圖案32A的第二條狀圖案34為一選取圖案34’，並形成一非可轉印性圖案之輔助圖案36於選取圖案34’中。輔助圖案36未重疊且較佳係平行選取圖案34’之一中心線L1。輔助圖案36包含至少一開口，開口包含一幾何圖案，例如：矩形、圓形、三角形、平行四邊形、菱形或正方形等。輔助圖案36之配置請參考前述實施例，也就是說，輔助圖案可包含單一開口(如第一較佳實施例、第二較佳實施例所述)或複數個開口(如第三較佳實施例所述)，而且輔助圖案36於第二方向D2上的寬度小於微影製程的最小曝光極限，換句話說，輔助圖案36係為一非可轉印性圖案(non-printable feature)。在本實施例中，輔助圖案36包含一矩形開口，在其他實施例中，輔助圖案也可包含複數個子輔助圖案36’彼此平行且呈非等間距設置於選取圖案34’中，或往中心線L1呈寬度遞減，或往中心線L1呈間距I1/I2/I3遞減如第8圖所示。各子輔助圖案可包含單一開口(如第四較佳實施例所述)或複數個開口(如第五較佳實施例所述)。最後視情況需要，再對各第一條狀圖案32與第二條狀圖案34進行光學鄰近修正(optical proximity correction,OPC)，如第9圖所示。

如第10圖所示，輸出佈局圖案30之第一條狀圖案32與第二條狀圖案34以及輔助圖案36至一光罩38，此外，第一間隙SP1可定義於兩相鄰的第一條狀圖案32之間，以及第二間隙SP2可定義於第一條狀圖案32與第二條狀圖案34之間。隨後，使用此光罩38進行一微影製程P1以形成佈局圖案至一材料層40上。微影製程P1可將光罩38上的第一條狀圖案32以及第二條狀圖34案轉移至材料層40上，形成相對應的第一圖案42以及第二圖案44。材料層40可設置於半導體基底46上，其中材料層40包含一光阻材料層。在光罩38中，輔助圖案36係設置於選取圖案34’中，亦即輔助圖案36係設置於相鄰第一條狀圖案32A的第二條狀圖案34中，可用以於微影製程P1中調整通過第一條狀圖案32A之一側，亦即通過第二間隙SP2的透光量，使通過第一間隙SP1與第二間隙SP2的透光量相等，令材料層40上第一圖案42A與第一圖案42B之間的第一空隙SP1’以及第一圖案42A與第二圖案44之間的第二空隙SP2’所接收的最大光強度值相等，也就是說，使第一圖案42A之兩側邊S3/S4所接收到的光強度值相等，降低微負荷效應的影響以維持第一圖案42A之完整性。

綜上所述，本發明提供一具有至少一開口的輔助圖案設置於相鄰第一條狀圖案的第二條狀圖案中之光罩以及一種利用此光罩形成圖案的方法，其中第二條狀圖案的寬度係實質上大於第一條狀圖案的寬度。輔助圖案用於均勻化微影製程中通過第一條狀圖案之兩側的光線量，以提高透過鄰近第二條狀圖案之第一條狀圖案所形成的圖案之正確性。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

12．．．基板

14．．．條狀圖案

16，16A，16B，16C，32，32A．．．第一條狀圖案

16S1，16S2．．．側邊

18，34．．．第二條狀圖案

20，22，24，26，28，36．．．輔助圖案

26’，28’，36’．．．子輔助圖案

30．．．佈局圖案

34’．．．選取圖案

38．．．光罩

40．．．材料層

42，42A．．．第一圖案

44．．．第二圖案

46．．．半導體基底

100，200，300，400，500．．．光罩

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

I1，I2，I3．．．間距

L，L1．．．中心線

P，P’．．．開口

P1．．．微影製程

S，S1，S2，S3，S4．．．側邊

SP1．．．第一間隙

SP2．．．第二間隙

SP1’．．．第一空隙

SP2’．．．第二空隙

US．．．上側邊

LS．．．下側邊

W1，W2，W3，W4．．．間距

第1圖繪示本發明第一較佳實施例之一光罩的示意圖。

第2圖繪示本發明第二較佳實施例之一光罩的示意圖。

第3圖繪示本發明第三較佳實施例之一光罩的示意圖。

第4圖繪示本發明第四較佳實施例之一光罩的示意圖。

第5圖繪示本發明第五較佳實施例之一光罩的示意圖。

第6圖至第10圖繪示了本發明之一較佳實施例之形成圖案的方法之示意圖。

12．．．基板

14．．．條狀圖案

16，16A．．．第一條狀圖案

16S1，16S2．．．側邊

18．．．第二條狀圖案

20．．．輔助圖案

100．．．光罩

D1．．．第一方向

D2．．．第二方向

L．．．中心線

S．．．側邊

SP1．．．第一間隙

SP2．．．第二間隙

Claims (20)

1. 一種光罩，包括：一基板；至少一第一條狀圖案以及至少一第二條狀圖案，且該第二條狀圖案的一寬度係實質上大於該第一條狀圖案的一寬度；以及一輔助圖案設置於相鄰該第一條狀圖案的該第二條狀圖案中，且該輔助圖案未重疊該第二條狀圖案之一中心線。
2. 如請求項1所述之光罩，其中該第一條狀圖案平行該第二條狀圖案之該中心線。
3. 如請求項1所述之光罩，其中該輔助圖案平行該第二條狀圖案之該中心線。
4. 如請求項1所述之光罩，其中該輔助圖案包括至少一開口。
5. 如請求項4所述之光罩，其中該開口包括一幾何圖案。
6. 如請求項1所述之光罩，其中該第一條狀圖案與該第二條狀圖案均沿一第一方向延伸以及沿一第二方向平行設置，該第二條狀圖案之該中心線平行該第一方向，且該第一方向垂直該第二方向。
7. 如請求項6所述之光罩，其中該輔助圖案沿該第二方向之一截面的寬度係小於一特定值，該特定值係該光罩中一不會被曝出之圖案的最大尺寸。
8. 如請求項7所述之光罩，其中該特定值實質上係32奈米(nanometer，nm)。
9. 如請求項6所述之光罩，其中該輔助圖案包括複數個開口，該等開口沿該第二方向呈非等間距設置。
10. 如請求項9所述之光罩，其中各該開口包括一幾何圖案。
11. 如請求項1所述之光罩，其中使用該光罩對一材料層進行一微影製程時，只有該第一條狀圖案以及該第二條狀圖案的圖形形成於該材料層上。
12. 一種形成圖案的方法，包括：提供一佈局圖案予一電腦系統，該佈局圖案包括至少一第一條狀圖案以及至少一第二條狀圖案，且該第二條狀圖案的一寬度係實質上大於該第一條狀圖案的一寬度；定義相鄰該第一條狀圖案的該第二條狀圖案為一選取圖案；形成一輔助圖案於該選取圖案中，且該輔助圖案未重疊該選取圖案之一中心線；以及由該電腦系統輸出該佈局圖案以及該輔助圖案至一光罩。
13. 如請求項12所述之形成圖案的方法，另包括使用該光罩進行一微影製程以形成該佈局圖案至一材料層上。
14. 如請求項12所述之形成圖案的方法，其中該第一條狀圖案平行該第二條狀圖案之一中心線。
15. 如請求項12所述之形成圖案的方法，其中該輔助圖案平行該選取圖案之該中心線。
16. 如請求項12所述之形成圖案的方法，其中該輔助圖案包括至少一開口。
17. 如請求項12所述之形成圖案的方法，其中該第一條狀圖案與該第二條狀圖案均沿一第一方向延伸以及沿一第二方向平行設置，該第二條狀圖案之一中心線平行該第一方向，且該第一方向垂直該第二方向。
18. 如請求項17所述之形成圖案的方法，其中該輔助圖案沿該第二方向之一截面的寬度係小於一特定值，該特定值係該光罩中一不會被曝出之圖案的最大尺寸。
19. 如請求項18所述之形成圖案的方法，其中該特定值實質上係32奈米(nanometer，nm)。
20. 如請求項17所述之形成圖案的方法，其中該輔助圖案包括複數個開口，且該等開口沿該第二方向呈非等間距設置。