TW396398B - Method for designing the assist feature to increase the process window - Google Patents

Description

2779twf.doc/005 A7 B7 五、發明説明（丨） 本發明是有關於一種增加製程裕度(Process Window)之 輔助圖案（Assist Feature)的設計方法，且特別是有關於一 種配合偏軸式照明（Qff-Axis Illumination，OAI)以增加深次 微米半導體製程裕度之輔助圖案的設計方法。 半導體製程中之微影(Photolithography)製程，佔有舉足 輕重的地位。例如對於各半導體元件而言，各層薄膜的圖 案及雜質區域均由此一步驟來決定，因此我們通常以一個 製程所需經過之微影次數，即所需光罩數量來表示製程的 難易程度。 微影技術雖然複雜，但其基本原理卻很簡單。例如， 先在晶片表面上覆蓋一感光材料；接著，將光源經過以玻 璃爲主體的光罩後，打在感光材料上。由於透過光罩的光 束也具備與光罩相同的圖案，故而光罩上的圖案便可近乎 完整的轉移到晶片表上的感光材料上，例如是光阻 (Photoresist)。之後’再經過曝光或稱顯影（Development)的 製程’使得感光材料得到與光罩上的圖案相同或是互補的 圖案轉移。若是感光材料所得之圖案與光罩上的圖案相 同’此一感光材料則稱爲具有正光阻之正片；若是感光材 料所得之圖案與光罩上的圖案互補，那麼此一感光材料則 稱爲具有負光阻之負片。 對於負光阻而言，由於負光阻之材料特性，使得負光 阻經曝光後，在進行顯影時，顯影液會侵入於負光阻分子 內’使得負光阻體積增加，導致顯影後的負光阻圖案與光 罩上的圖案誤差增大。因此對於在3μηι以下之製程技術而 3 本紙張尺度適用中ϊΐΐ家標準（CNS ) Α4規格—（21GX297公釐) ' 1 „ u — 1¾. ~I I I n 訂 I I n (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 2779twf.d〇c/005 A7 2779twf.d〇c/005 A7 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 五、發明説明（y) 言，負光阻的使用並不恰當’故而對今日之次微米以下的 半導體技術而言，大都利用正光阻來進行光罩圖案的轉 移。 光罩與光阻間之圖案轉移所使用之曝光技術，目前主 要有：接觸式、近接式(Proximity)、與投影式等三種。然 而，對於深次微米的半導體製程技術而言，曝光技術之精 密程度仍大大地受限於光學解析度，由於光學解析度的限 制而使得圖案的轉移產生誤差甚而失敗。以近接式之曝光 技術爲例，如第1圖所示之原始光罩圖案，在經過曝光之 後得到的光阻圖案大致如第2圖所示之轉移後圖案。比較 第1圖之原始光罩圖案與第2圖之轉移後圖案可知，轉移 後圖案已與原始光罩圖案產生差異。例如在原始光罩圖案 四邊10, 11，12, 13，在圖案轉移後均已往內縮爲20, 21，22, 23 ’同理，由於解析度之限制，使得尺寸較小之寬邊10, π 的誤差程度更大其往內縮的程度會大於長邊11，13之程 度；且在轉角之部份也已與原來之圖案形狀不相符，成爲 一曲線’如圖所示之轉角14在轉移後往內縮爲一曲線24。 由上述可知，圖案轉移時所造成的誤差不容忽視，例 如在曝光後的後續製程會因爲圖案轉移所產生之誤差而造 成過度蝕刻、內連線的導通不佳等的結果。故而一般在作 近接式之圖案轉移時，通常先將原始圖案經由光學近接校 正之後’再將此一經由校正後之圖案作爲光罩圖案。 以第3圖所示之一傳統原始圖案爲例，一般而言，爲 求較佳之圖案轉移，通常均會在原始圖案之各邊加上輔助 4 本紙張尺度適— 用中國ii^cNs) a4規格（ ；χ297公楚}---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

2779twf.doc/005 A7 B7 五、發明説明（今） 圖案’而得到如第4圖所示之光學近接校正圖案，由第3 圓與第4圖之比較可知多出了輔助圖案4〇, 41, 42, 43, 44, 45, 46，47。雖然，此一光學近接校正之圖案可在轉移後得到 與原始圖案相近之轉移圖案，然而，由於輔助圖案之尺寸 極小，不易製作且在作光罩檢查時亦極困難。 因此本發明的主要目的就是在提供一種配合偏軸式照 明以增加深次微米半導體製程裕度之輔助圖案的設計方 法。例如在對原始圖案作輔助圖案之選擇時，應同時考慮 曝光波長以及圖案之線寬（Line Width)與間隔寬度（Space Width)的比例，然後適當加入輔助圖案來作爲光罩圖案以 得到有效之光罩圖案來作爲圖案轉移，並可增加半導體製 程裕度。 經濟部中央標準局貝工消費合作社印袋 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •訂- 纩 根據本發明的目的，提出一種增加製程裕度之輔助_ 案的設計方法，用以在一深次微米之一半導體元件的製程 中’對一單根光罩圖案之原始圖案作校正而形成一光學近 接校正圖案。當原始圖案之線寬尺寸小於曝光波長時，則 在線寬之對應邊加上輔助圖案；而當原始圖案之線寬尺寸 大於曝光波長時，則不再加上輔助圖案，以減少光罩製作 及檢查上的困難度，並且在光罩曝光時，配合以偏軸式照 明來增加半導體之製程裕度。 根據本發明的另一目的，提出一種增加製程裕度之輔 助圖案的設計方法，用以在一深次微米之一半導體元件的 製程中，對一多根光罩圖案之原始圖案作校正而形成一光 學近接校正圖案。當原始圖案之間隔寬度與線寬之比例大 5 本紙張尺度適财關家標準（c叫八4祕（2丨GX297公楚) ' ' 2779twf.doc/005 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（1) 於2.0，且線寬尺寸小於曝光波長時，則在線寬之對應邊 加上輔助圖案；而當原始圖案之間隔寬度與線寬之比例小 於2.0時，則不再加上輔助圖案，以減少光罩製作及檢查 上的困難度，並且在光罩曝光時，配合以偏軸式照明來增 加半導體之製程裕度。 爲讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易懂， 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如 下： 圖式之簡單說明： 第1圖繪示乃一原始光罩圖案； 第2圖繪示乃第1圖所示之轉移圖案； 第3圖繪示乃另一原始光罩圖案； 第4圖繪示依照第3圖所示之光學近顏换IE圖案； 第5圖繪示乃一多根:)¾罩圖案(Dense Line)之設計方 法；以及 第f圖繪示依照本發明一較佳實施例的一種光學近接 校正圖案之設計方法。 標號說明： 10, 11, 12, 13 :原始圖案之邊 14 :原始圖案轉角 20, 21, 22, 23 :轉移圖案之邊 24 :轉移圖案之曲線 30:凸出部份 32, 34, 52:線寬 40, 41，42, 43, 44, 45, 46, 47, 57, 58, 60, 61，62, 63, 64 : 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -β 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 2779twf.doc/005 A7 2779twf.doc/005 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 B7 五、發明説明（f) 輔助圖案 50, 51 :光罩圖案 54 :間隔寬度 55, 56 :對應邊 實施例 由於轉移圖案之精確度，係大大地與半導體後續製 程的發展有關。因此，在作圖案轉移之時，通常先將原 始圖案經由光學校正之後，再將此一經由光學校正後之 圖案作爲光罩圖案。且在考慮圖案之精確度的同時，亦 需考慮光學校正圖案對光罩製程裕度、製作複雜度等之 影響，以及圖案線寬與間隔寬度之比例等。 在深次微米之半導體製程中，例如是在〇.3μιη以下 之半導體元件尺寸，由於光罩在製作及檢查上的困難度 亦相對提昇，故而必需考慮輔助圖案之選擇性。例如以 第5圖所示之多根光罩圖案（Dense Line)50, 51而言，對 於圖案之線寬52，其尺寸若是小於曝光波長（以一般曝光 波長約爲4000Α=0.4μπι之光源而言，相較於深次微米之 半導體元件尺寸，光源波長較大），可以偏軸式照明（ΟΑΙ) 來增加多根光罩圖案之製程裕度。但對於多根光罩圖案 之間隔寬度54與線寬52之比例在2.0以上時，仍無法達 到較佳之轉移效果，此時必須要在線寬50之對應邊55, 56 加上輔助圖案57, 58，以有效提高整個的製程裕度；若 是多根光罩圖案之間隔寬度54與線寬52之比例在2.0以 下時，則不須要在線寬54之對應邊55, 56加上輔助圖案。 對於單根（Iso-Line)光罩圖案設計方法亦同，但因單 7 本紙張尺度適用中國國ϋ準（CNS 規格（210X297公釐） —，--------衣— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1Τ 2779twf.doc/005 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印黎 五、發明説明（i) 根光罩圖案並無上述之間隔寬度，故而僅需考慮圖案之 線寬是否小於曝光波長。例如在線寬小於曝光波長時， 在線寬之對應邊加上輔助圖案即可。例如，相對於第3 圖所不之原始圖案而言’請參照第6圖，其繪示依照本發 明一較隹實施例的一種光學近接校正圖案之設計方法。基 於上述之考量可知： 1. 對於多根光罩圖案，若是間隔寬度與線寬之比例 大於2.0且線寬尺寸小於曝光波長，或是單根光罩圖案之 線寬尺寸小於曝光波長時，則必需加上輔助圖案，並以偏 軸式照明來增加製程裕度；以及 2. 對於多根光罩圖案，若是其間隔寬度與線寬之比 例小於2.0，或是單根光罩圖案之線寬尺寸大於曝光波長 時，則不再加上輔助圖案。 由於原始圖案之凸出部份30的線寬32, 34，其尺寸大 於曝光波長’故而可發現第6圖中所示本發明的設計方法 中，與第4圖所示之傳統光學近接校正圖案相較而言，僅 具有輔助圖案60，61，62，63, 64，亦可達到同時維持半導 體之製程裕度的要求與減少光罩製作及檢查上的困難度， 尤其是對於〇·3μπι以下之半導體製程，對於小尺寸之製作 更是十份困難。 因此，本發明的特徵之一是對於線寬尺寸小於曝光波 長之光罩圖案’以偏軸式照明來增加半導體之製程裕度。 本發明的特徵之二是對於多根光罩圖案，若是間隔寬 度與線寬之比例大於2.0且線寬尺寸小於曝光波長，或是 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} j % 、-口 r 中國國 家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 2779twf.doc/005 A7 B7 五、發明説明（1) 單根光罩圖案之線寬尺寸小於曝光波長時，則必需加上輔 助圖案。 本發明的特徵之三是對於多根光罩圖案，若是其間隔 寬度與線寬之比例小於2.0，或是單根光罩圖案之線寬尺 寸大於曝光波長時，則不再加上輔助圖案，以減少光罩製 作及檢查上的困難度。 綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然 其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離 本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因 此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者 爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）

Claims (1)

1. 2779twf.doc/005 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種增加製程裕度之輔助圖案的設計方法，用以_對. 一原始圖案作校正而形成一光學校正圖案，該原始圖案至 少包括複數個邊，且該些邊均各與複數個線寬之一相對 應，其中該些線寬包括大於一曝光波長之複數個第一線寫 與小於該曝光波長之複數個第二線寬，該設計方法包括」 對與該些第一線寬對應之該些邊加上輔助圖案；以及 對與該些第二線寬對應之該些邊維持原狀； 其中，該原始圖案係一單根光罩圖案。 2. 如申請專利範圍第1項所述之設計方法，係用以在 一深次微米之一半導體元件的製程中完成該設計方法。 3. 如申請專利範圍第2項所述之設計方法，其中該半 導體元件之尺寸係在〇.3μπι以下。 4. 如申請專利範圍第1項所述之設計方法，更以偏軸 式照明對該光學校正圖案曝光。 5. 如申請專利範圍第1項所述之設計方法，其中該光 學校正圖案係_-*.光舉..近-接校正圖案。 6. —種增加製程裕度之輔助圖案的設計方法，用以對 一原始圖案作校正而形成一光學校正圖案，其中該原始圖 案包括複數根光罩圖案，該些根光罩間具有一間隔寬度， 且該些根光罩圖案具有一線寬，該線寬具有對應之一邊， ' 當該線寬小於一曝光波長時，該設計方法包括： 當該間隔寬度與該線寬之比例大於2.0.鬼，對與該曼 寬對應之該邊加上輔助圖案；以及 當該間捅:寬度與該線寬之比例小於2.0時j對該原始 10 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 S96398 2779twf.doc/005 B8 ______S___ . 六、申請專利範園 圖案維持原狀。. 入如申請專利範圍第6項所述之設計方法，係用以在 一深次微米之一半導體元件的製程中完成該最社友法。 8. 如申請專利範圍第7 .項所述之設計方法/其>中該半 '導體元件之尺寸係在〇.3μπι以下。 9. 如申請專利範圍第6項所述之設計方法，更以偏軸 式照明對該光學校正圖案曝光。 1〇!如申請專利範圍第6項所述之設計方法，其中該光 學校正圖案係一光學近接校正圖案。 11.—種增加製程裕度之輔助圖案的設1L方進，房以在 —深次微米之一半導體元性的製程中，對一原始圖案 ‘正而形—成二..光學校正圖案Λ .該原始圖案至少包括複數個 璋，且該些邊均各與複數個線寬〜之一相對應，其中該些線' .寬包括太於一曝光波長之複數個第一線寬與小j吟該曝光波 長之複數値第二藤蓴，該設計方法包括： 、 對與該些第一線寬對應之該些邊加上輔助圖案；以及 對與該些第二線寬對應之該些邊維持原狀； 其中，該原始圖案係一單根光罩圖案。 J2.如申請專利範圍第11項所述之設計方法，更以偏 軸式服明對該光學校正鳳案曝光_。 13. 如审請專利Μ圍第11項®述之設計方法，其中該 光學校正圖案係一光學近接校正圖案。 14. —種增加製程裕度之輔助圖案的說計方法’用以在 r—深次微米之一半導體元件的製程中，對一原始圖案作孩 11 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Μ規格（210X297公釐） ~~~ - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ^· -訂· -"*. I · Arr 396398 AR Ao 2779twf.doc/005 ^ ♦ Co D8 六、申請專利範圍 正而形成一光學校正圖案，其—申該原始麗寒鱼括複數根光 '罩圖案，該些根光罩間具有一間隔寬度Λ且該些根光罩圖 ,案具有一線寬，該線寬具有對應之一邊，當該線寬小於一 曝光波長時，該設計方法包括」. 當該間隔寬度與該線寬之比例大於2.0時，對與該線 寬對應之該邊加上輔助圖案；以及 「當該間隔寬度與該線寬之比例小於2.0時，對該原始 ,» - 圖案維持原狀。 15. 如申請專利範圍第14項所述之設計方法，更以偏 _軸式照明對該光學校正圖案曝光。 16. 如申請專利範圍第14項所述之設計方法，其中該 光學校正圖案係一光學近接校正圖案。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 訂 r 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）