TW527639B - Set of masks for and method of exposure with optical assist feature - Google Patents

Description

527639 A7 B7 五 、發明說明（1 ) 明領域 本發明關於半導體積體電路（IC)製造的領域，且更尤甚 者係關於一種使用光學輔助形狀特性以加強使形狀特徵以 兩光罩光予以印製形狀特徵之製程容忍度。 技藝説明 積體電路（I c) 一般係製造在一半導體基底上，如矽晶圓 。微影姓刻製程配合蝕刻製程係用於在已形成於晶圓上之 薄膜堆疊中製作形狀特徵的圖樣。於製造每一層時，首先 將晶圓被覆光阻，該光阻係一種對輻射敏感的材料，如深 f外（DUV)光。其中，於一曝光器具中經由一光罩曝光該 晶圓，該曝光器具如步進並掃描器具。然後，使光阻顯影 以產生一對應於光罩上圖樣之影像。再來，一蝕刻製程在 晶圓上將圖樣轉換成薄膜堆疊。最後，移除光阻。 备圖樣中的形狀特徵變得比用於曝光之光波長還小時， 散射效應如降低印製影像之精準度。因此，先進的微影银 刻製程一般需要用兩個個別光罩曝光以印製臨界層所需之 ，樣…種曝光係、以—相位推移光罩（PSM)予以實行以將此 等小型形狀特微印製在所需的圖樣中。另_種曝光係以一 雙元光罩予以實行以移除PSM無可避免而印製的加工物。 除此：外’雙兀光罩亦在所需的圖樣中印製大型形狀特徵。 隨著所需圖樣中形狀特徵的臨界尺寸（CD)持續縮減，相 位分歧提高了以PSM印製所有小型形狀特徵的難度。因此 ，即使雙元光罩無法如PSM的解析度一般細微，仍 527639 A7 — ____B7 五、發明説明（2 ) ' -- 小型形狀特徵必須以雙元光罩予以印製。 有許多的選擇，但所有這些選擇都太耗成本。一種可能 性係在一第三光罩上印製某些小型形狀特徵，但產出將因 額外的曝光而減少且難以控制覆疊。另一種可能性係增加 步進並掃描曝光器具的數値孔徑，從而改進解析度，但聚 焦冰度將減少且製程容忍度將降低。又一種可能性係改進 光阻的解析度，但曝光製程及蝕刻製程兩者將必須予以再 最佳化。 圖式之簡述 圖1描述一先前技藝中的相位推移光罩。 圖2描述一先前技藝中的雙元光罩。 圖3描係一使用先前技藝中兩光罩曝光後的晶圓。 圖4描述一使用一具有〇度相位之輔助形狀特徵的相位推 移光罩。 圖5描述一使用一具有180度相位之輔助形狀特徵的相位 推移光罩。 圖6描述一使用一合併至鄰近透明區域内具有180度相位 之輔助形狀特徵的相位推移光罩。 圖7描述一使用一雙元光罩曝光後的晶圓及一具有輔助形 狀特徵的相位推移光罩。 圖8描述一流程圖，用於產生一具有輔助形狀特徵的相位 推移光罩和一雙元光罩。 發明之詳細説明__ 在底下的説明中，爲了徹底瞭解本發明而提出許多細節 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公I) 527639 A7 —— ___ B7 五、發明説明（3 ) --—-1 3特走材料、尺寸、以及製程。然而本行人士將理解本 發明可不用這些特定細節予以實踐。在其它例子中，並未 特別詳細地説明熟知之半導體設似製程以避免混清本發 明0 、本發明説明一種用於以微影蝕刻中的兩光罩曝光製程改 艮產品形狀特微之清晰度的裝置及方法。本發明之一應用 包含在一臨界層，如多晶矽閘極層，上印製小型間隔：需 要控制此等閘極之形狀及尺寸以匹配驅動電流並減少 體漏電。 叩 根據本發明一具體實施例，一稱爲輔助形狀特徵的透明 形狀係加於一光罩上的某一位置以修改另一光罩上等效位 置之有間隔曝光。當兩光罩妥適對準時，光罩上的輔助形 狀特徵將恰合於另一光罩上的窄間隔。利用兩光罩之曝光 將加強由窄間隔所分開之產品形狀特徵的清晰度。 、 輔助形狀特徵因未清楚地顯露在印製於晶圓上光阻中的 顯像内故實質上是”不可見的”。然而，製程容忍度係藉 由局邵增加產品形狀特徵的精準度而整體增強。對曝光量 (does)和聚焦變化的敏感度顯著達到最小。產品形狀特徵 中瑕疵的發生率亦得以減少。此等瑕疵包含橋接由窄間隔 所分開旳產品形狀特徵、縮減窄產品形狀特徵、使產品形 狀特徵中的棱角圓滑、以及縮短產品形狀特徵中的線端。 隱藏性推移器”替換性孔徑相位推移光罩（pSM)方法係 一種可合併本發明轉助形狀特徵之兩光罩曝光製程之實施 例。相位推移意指引介一介於經由鄰近透明區域所發 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 527639 A7 B7 五、發明説明（4 ) 射之光的相位之間的偏移。鄰近透明區域中光的相位通常 係選爲0度和180度。其它如90度和270度的相位只要相位 差維持1 8 0度仍可在鄰近透明區域中予以實行。”孔徑” 意指光罩中的透明區域。’替換性”意指每一個其它孔徑 。”隱藏性推移器”意指使用一雙元光罩以移除形狀特徵 不想要的部分，此等形狀特徵不想要的部分會用別的方法 沿著鄰近透明區域之間相位推移之邊界印製。 一種光罩爲PSM 100，如圖1所示。PSM 100具有一相位 爲0度的第一透明區域120、一相位爲180度之第二透明區域 140、以及一具有窄區域160a和寬區域160b之不透明區域。 PSM 100上之窄的不透明區域160a界定想要之圖樣中的小型 產品形狀特徵。在此種情形下，窜的不透明區域16〇a係沿 著一介於一相位爲0度的第一透明區域120與一相位爲18〇度 的第二透明區域140之間的邊界而置。180度相位偏移藉由 沿著邊界之干擾增強解析度。 PSM 100上窄的不透明區域160a亦可沿著一介於兩相位相 同（未示）皆爲0度或皆爲180度的透明區域之間的邊界而置 。然後將沒有相位推移且印製之產品形狀特徵將不會如此 小。此種情形會因無可避免的分歧而發生。 PSM 100上窄的不明區域160a寬度（未示）甚至可以爲零。 換句話説，沿著一相位爲0度的第一透明區域12〇與一相位 爲180度的第二透明區域140之間的逢界可以不存在（未示） 窄的不明區域160a。此種特殊案例係稱爲相位邊緣推移且 通常以最小的尺寸印製一產品形狀特徵。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527639 A7 _ B7 五、發明説明（5 ) ""~' ： ' PSM 1〇〇上寬的不透明區域16〇b可用於至少兩種方式。第 一，可保濩由圖2雙元光罩2〇〇所印製的區域。第二，可印 製某些或所有想要之圖樣中的大型形狀特徵。由於改進解 析度對寬的不透明區域160b通常較不緊要，寬的不透明區 域160b可沿著一介於兩具有相同相位或不同相位的透明區 域之間的邊界而置。 圖1中的PSM 100可爲—種暗視野或一種明視野光罩。在 一暗視野光罩中’此等形狀特徵大部分係由透明區域予以 界定。在一明視野光罩中，此等形狀特徵大部分係中不透 明區域予以界定。暗視野或明視野光罩之選擇係配合許多 其它因素予以決定，此等因素如用於製作光罩圖樣之光阻（ 正或負）的光度、寫製光罩所需的相關時間與資料的總量、 光罩触刻製私期間的微負載、光罩用於步進並掃描曝光器 具時對散射光的敏感性、以及不透明產品對給定層上清楚 瑕戚之敏感度。 另種光罩爲雙元光罩200’如圖2所示。雙元光罩2〇〇具 有一透明區域220和一具有窄區域26〇a和寬區域26〇1)之不透 明區域。由於使用雙元光罩2〇〇不會發生相位推移，透明區 域220只要均勻即可具有任何相位，包含〇度。 雙元光罩200可用至少三種方式予以使用。第一，寬的不 透明區域260b可保護如圖1之PSM 100所印製的區域。第二 ’窄的不透明區域260a配合鄰近的透明區域220可在想要的 圖樣中印製某些或所有大型形狀特徵。若有必要，鄰近的 透明區域220可以是窄的或甚至比窄的不透明區域26〇a還窄 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527639 A7 ___B7 五、發明説明（6 ) 。第三，透明區域220可切除或移除由psM 100所印製的人 工物。人工物通常因相位推移發生於相位不同之鄰近透明 區域之間的邊界而無法避免。無論一窄的不透明區域是否 分隔此等鄰近透明區域，此等透明區域皆必須爲二維的。 在兩光罩曝光製程中，圖1之PSM 100通常在圖2之雙元 光罩200之前曝光，但在特定案例中，順序是可倒反的。在 兩案例中之任一案例裏，兩光罩上形狀特徵的覆疊必須予 以設計容納任何步進並掃描器具上兩光罩之偏差、來自熱 循環之晶圓任何失眞、以及任何來自微影蝕刻、薄膜、和 姓刻製程之製程偏離所預期導致之覆疊中的累加變化。妥 適地設計並實現兩光罩上此等形狀特徵的覆疊將在蝕刻印 製在晶圓上的圖樣期間避免產生人工物。 圖3表示以圖1之PSM 100和圖2之雙元光罩200在一晶圓 300上曝光光阻，接著顯影的結果。當使用一正光度光阻時 ，產品形狀特徵係由一已移除光阻之第一區32〇予以界定， 並藉由一仍存留光阻之第二區3 8〇予以界定。若使用一負光 度光阻時，光阻的位置會反轉。換句話説，光阻將存留在 第一區3 20中而第二區3 80之光阻將予以移除（未示）。 微影蝕刻的製程窗口通常藉由量測以曝光量及聚焦爲函 數之產品形狀特徵的臨界尺寸（CD)予以決定。收集之資料 可以一柏森（Bossung)等値線予以表示以幫助選擇導致最大 製程窗的名義曝光量及名義聚焦。然而，光阻38〇之邊緣在 顯影之後的位置仍因製程變化而變動。當曝光量及聚焦達 到最佳時，鄰近的產品形狀特徵具有邊緣385a。然而，當 -9- 527639 A7 --------_ 五、發明説明（7 ) ~ " 製程未最佳化時，鄰近的產品特徵則具有邊緣38讣。在之 後的案例中，此等鄰近產品特徵之間所期望的間隔38父可 如此等鄰近產品形狀特徵之間的風險橋接一般的小。 在本發明一具體實施例中，增加一輔助形狀特徵以繁助 界定一介於此等鄰近產品形狀特徵之間非常小的間隔並因 而避免此等鄰近產品形狀特徵之間的橋接。圖4表示一 psM 102，其包含一相位爲〇度的輔助特徵124，將提升此等位於 圖2雙元光罩200上相同位置之鄰近產品形狀特徵之間的曝 光且在曝光量或聚焦未達最佳化時防止橋接。所以，強化 正隨印製曝光容忍度。亦減低對瑕戚的敏感度。圖7表示一 曰g圓3 0 8上以兩光罩曝光之後已妥適對準的光阻，此等產品 形狀特徵在曝光量及聚焦達到最佳時現在將有邊緣685a。 即使疋在製程未最佳化時，此等產品形狀特徵將具有邊緣 685b，此點因想要之間隔685c大到足以避免此等鄰近產品 形狀之間的橋而仍然符合要求。 轉助形狀特徵124係示於圖4，具有一離散正方形，但可 具有任何適於使此等產品形狀特徵之幾何以Μ 1〇〇印製 在晶圓上之該位置中的形狀及尺寸。 輔助形狀特徵之相位不一定爲〇度。在本發明另一具體實 施例中，示於圖5之輔助形狀特徵144的相位爲180度。圖7 表示在一晶圓308上以兩個已妥適對準的光罩曝光之後的光 阻。 取代離散形，本發明又一具體實施例中的輔助形狀特徵 148可併入鄰近的透明區域i4〇a和140b内，如圖6所示。示 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 527639 A7 ______B7 ΐ、發明説明（7~-- 於圖6的輔助形狀特徵148具有與透明區域14〇a*i4〇b相同 的相位。在此案例中，合併在一起之後的相位係均勻地爲 180 度。 在一不同的具體實施例中，輔助形狀特徵148的相位在併 入鄰近的透明區域14如和14〇1)(未示）之後係均勻地爲〇度。 只要藉由雙元光罩移除由PSM所印製之所有不想要的人 工物，輔助形狀特徵148即使合併在一起之後亦有可能自透 明區域14〇3和1401)維持不同的相位。圖7表示在一晶圓3〇8 上以兩個已妥適對準的光罩曝光之後的光阻。 圖4中的離散輔助形狀124、圖5中的離散輔助形狀特徵 144、以及圖6中合併之輔助形狀特徵148係表示鄰近( 分別爲酵4中的102、圖5中的104、圖6中的1〇6)上全部不 透明之區域或由該全部不透明之區域圍繞之透明形狀。 在另一具體實施例中，輔助形狀特徵可爲一插入雙元光 罩200(未示）上全部不透明之區域内的透明形狀。 在某些情形下，希望輔助形狀等徵爲一插入pSM 1〇〇或雙 疋光罩20〇(未示）上全部透明區域之不透明形狀。類似於某 些主張透明輔助形狀特徵之具體實施例，該種不透明輔助 形狀特徵可爲離散或併入鄰近不透明區域内。 在又一具體實施例中，輔助形狀特徵可爲半光度（未示） ，而非完全透明或完全不透明。一半光度輔助形狀特徵可 =一種或多種具有光學特性與膜厚度適當組合的材料之堆 疊予以產生。 若有必要，輔助形狀特徵的透明度或不透明度可依曝光 •11 - 本紙張尺度適财標準(CNS) Α4規格(210X 297公爱 1--------- 527639 五、發明説明（9 ) 光線之波長函數而變。或者，透明度或不透明度可依曝光 光線之極化狀態之函數而變。 與一光罩上的產品形狀特徵類似，一輔助形狀特徵可進 一步包含光學近接校正（0PC)。〇?(：有助於一曝光器具使用 非相干性或部分相干性照明。0PC推進空氣影像中高空間 頻率的振幅，該振幅在曝光器具中通常由光學儀器予以衰 減。輔助形狀特徵係藉由加上截線（serif)、切出線 、以及凸出部（jog)予以修正，截線、切出線、以及凸出部 係設計在曝光器具之解析度界限之下而不會以高精準度印 製在晶圓上之光阻中。若妥適對準並曝光，一具有0%之 輔助形狀特徵（在一光罩上）可修正空氣影像使得產品形狀 特徵（在另一光罩上的相同近處中）可用高精準度予以印製。 在本發明另一具體實施例中，輔助形狀特徵之產生係整 合至一自動程序内用於產生一組來自想要之產品佈局之光 罩圖樣。此程序係以閉迴路迴授重複。一實施例係在兩附 隨”隱藏性推移器，，替換性相位推移光罩方法使用之光罩 上之圖樣中產生輔助形狀特徵，如圖8所示。輔助形狀特徵 係用於局部修正曝光以便整體加強製程容忍度。對曝光量 及聚焦變化的敏感度是減少的。在一臨界層上印製特定較 小形狀特徵的外觀中之缺陷達到最小。光阻中不想要的瑕 疵包含橋接由窄間隔所分開的產品形狀特徵、縮減窄產品 形狀特徵、使產品形狀特徵中的棱角圓滑、以及 形狀特徵中的線端。 第一’佈局之設計資料及設計法則係供作輸入。 本紙張尺度適财@ a家標準(CNS) Μ規格(仙χ 297公董) -12- 527639 五、發明説明（1〇 罩如：塊10所示，佈侷之設計資科係轉換成-組光 罩，樣（王要形狀特徵，如_雙元光罩及—咖。 方塊20所示’視需要及合適性，相應於光罩圖 狀特徵產生輔助形狀特徵。輔助形狀特徵產 系土；去則、模式、或法則與模式之组合。例如，可使 用:已與實驗收集之資料校準之空氣影像模擬器。 -般而言’輔助形狀特徵明顯出現在最後印製於一晶圓 上（光阻内之影像中。輔助形狀特徵可具有任何適於幫助 界足此等要印製於晶圓近處之產品形狀特徵之幾何的形狀 及尺寸。此等產品形狀特徵之界定係藉由局部校正曝光予 以促進。輔助形狀特徵可以單獨存在或可併入—光罩上之 一種或多種鄰接形狀特徵。 輔助形狀特徵可置於PSM上、雙元光罩上、或同時置於 PSM及雙元光罩上。例如，一透明輔助形狀特徵可插入 PSM上一不同樣之不透明區域以曝光印製一窄間隔之雙元 光罩上的透明區域。一臨界層，如多晶碎層，上需要窄的 間隔。輔助形狀特徵可包含光學近接校正（〇pc)、如截線 、切出線、以及凸出部。 第四，如方塊30所示，檢查佈局轉換及輔助形狀特徵產 生之設計法則衝突。 第五，重複佈局轉換和輔助形狀產生以消除此等設計法 則之衝突。 第六，如方塊40所示，組合並驗證此等光罩圖樣。驗證 可包含微影蝕刻之模擬，如光阻塗敷、曝光、及顯影製程 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527639 A7 B7 五、發明説明（11 ) 。驗證亦可包含蚀刻製程之模擬。 第七，視需要調整主要形狀特徵及輔助形狀特徵以達成 想要的產品佈局。 第八，取得最後的光罩資料作爲輸出。光罩資料接著可 用於產生此等光罩圖樣。例如，雷射寫製可用於寫製雙元 光罩且電子束寫製可用於寫製PSM。 爲了對本發明透徹瞭解已於以上提出許多具體實施例及 細節。本行人士將鑑知一具體實施例中有許多形狀特徵係 同樣可應用於其它具體實施例。本行人士亦將鑑知對這些 此處述及之特定材料、製程、尺寸、濃度等作出各種等效 替代品的能力。須瞭解本發明之詳細説明應視爲描述性而 非限制性，其中本發明之範疇應藉由底下的申請專利範圍 予以判定。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

1. i^ji> A8 B8 ,呷逾59號專利申請案 抑 中文申靖♦利範圍修正本(91年11月）思 申請專利範圍 1 · 一種光罩組，其包含： 一第一光罩，包含： 一第一透明區域；以及 一第一不透明區域，該第一不透明區域係鄰接該第 一透明區域而置；以及 一第二光罩，包含： 一第二透明區域，該第二透明區域具有一第一相位 一第二不透明區域，該第二不透明區域係鄰接該第 一透明區域而置； 一第三透明區域，該第三透明區域具有一第二相位 ’該第三透明區域係鄰接該第二不透明區域而置；以 及 一鄰接該第二不透明區域而置的透明辅助形狀特徵 〇 2 ·如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該第—相位與該 第二相位具有180度的偏移。 3 .如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該第一相位為〇 度且該第二相位為18〇度。 4·如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該透明輔助形狀 特徵具有該第一相位。 y 5·如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該透明輔助形狀 特徵具有該第二相位。 6·如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該第二透明區域 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格_ χ 297公董) 2 5

   ABCD 六、申請專利範圍 〜- 係鄰接該第三透明區域而置。 7 ·如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該第—透明區域 與該透明輔助形狀特徵曝光一層之一第一部分。 δ·如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該第二透明區域 與遠第三透明區域曝光一層之一第二部分。 9·如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該透明輔助形狀 特徵係由#亥弟二不透明區域予以圍繞。 1 〇 ·如申請專利範圍第i項之光罩組，其中該透明輔助形狀 特徵係與該第二透明區域合併。 1 1.如申請專利範圍第1項之光罩組，其中該透明辅助形狀 特徵係與該第三透明區域合併。 12·如申請專利範圍第i項之光罩組，其中該辅助形狀特徵 進一步包含光學近接校正（OPC)。 工3· —種光罩組，其包含： 一含有一產品形狀特徵的雙元光罩，該產品形狀特 徵包含一窄間隔；以及 一含有一辅助形狀特徵的相位推移光罩，該辅助形 狀特徵在該相位推移光罩與該雙元光罩對準時恰合於 該窄間隔内。 14·如申請專利範圍第13項之光罩組，其中該輔助形狀特 徵包含光學近接校正（OPC)。 1 5 ·如申請專利範圍第丨3項之光罩組，其中該相位推移光 罩係一替換性孔徑相位推移光罩。 16· —種產生光罩資料之方法，其包含： -2- ί紙張尺度適财@國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） ---------

   提供設計資料及設計法則予一佈局； 將攻汉计貝料轉換成主要之形狀特徵予一組光罩圖樣 ， 產生輔助形狀特徵予該等主要之形狀特徵； 檢查該等設計法則是否衝突； 重複该轉換及該產生直到該等設計法則不再衝突； 驗證泫等光罩圖樣是否可予以組合以產生該佈局； 凋整遠等主要之形狀特徵及該等輔助形狀特徵直到 產生該佈局；以及 取得該佈局之最後光罩資料。 17·如申請專利範圍第16項之方法，其中該等光罩圖樣包 含一雙元光罩圖樣及一相位推移光罩圖樣。 1 8 ·如申請專利範圍第丨6項之方法，其中該光罩圖樣包含 一雙元光罩圖樣及一替換性孔徑相位推移光罩圖樣。 1 9 ·如申請專利範圍第丨6項之方法，其中該驗證包含摸擬 對該等主要形狀特徵之含括光阻塗敷、曝光和顯影製 私之极影蚀刻以及對該組光罩圖樣之該等主要形狀特 徵。 2 0 ·如申請專利範圍第丨9項之方法，其中該驗證進一步包 含模擬對該等主要形狀特徵的蚀刻製程以及對該組光 罩圖樣的該等輔助形狀特徵。 2 1 ·如申請專利範圍第i 6項之方法，其中該等輔助形狀特 徵包含OPC。 -3-