TWI518444B - 輔助圖案之製作方法 - Google Patents

Description

輔助圖案之製作方法

本發明係有關於一種輔助圖案之製作方法，尤指一種可降低光罩在微影製程中受熱而變形之輔助圖案之製作方法。

積體電路(integrated circuit，IC)是藉由形成於基底或不同膜層中的圖案化特徵(feature)構成的元件裝置以及內連線結構所建構。在IC的製作過程中，微影(photolithography)製程係為一不可或缺之技術，其主要是將所設計的圖案，例如佈植區域佈局圖案、或電路佈局圖案等形成於一個或多個光罩上，然後再藉由曝光(exposure)與顯影(development)步驟將光罩(reticle)的圖案轉移至一膜層上之光阻層內，以將此複雜的佈局圖案精確地轉移至半導體晶片上。伴隨著後續的離子佈植製程、蝕刻製程以及沈積製程等半導體製程步驟，係可完成複雜的IC結構。

在曝光步驟中，習知技術係將光阻旋轉塗佈至晶圓表面上，然後透過光罩而使光阻部分暴露於紫外線的照射中，而將光罩的圖案成像在該光阻，並於該光阻中形成潛影(latent image)。而在顯影步驟之後，視該光阻的類型為正型光阻(positive photoresist)或負型光阻(negative photoresist)，而去除被曝光的部分或未被曝光的部分，將光罩上的圖案轉移至該光阻，即在該光阻中形成所需的圖案。

在曝光製程中，光罩係受到248奈米(nanometer，以下簡稱為nm)KrF或193 nm的深紫外光(Deep UV)的照射，在穿透率(light transmission rate)大的部分，深紫外光係穿透光罩而於光阻中形成上述的潛影(latent image)。然而在穿透率小的部分，光罩係直接吸收深紫外光的能量，因此產生光罩受熱的問題。而光罩受熱而導致的熱膨脹(thermal expansion)，更造成光罩本身的形變(distortion)。而不同受熱程度導致光罩上發生不同形變程度的現象，更增加光罩形變的預測難度。

值得注意的是，因為IC中圖案的尺寸不斷在縮減，因此現今製程對用來產生特徵圖案的設備以及所涉及的微影製程之解析度與疊對準確度要求極為嚴格。而光罩因受熱引起的形變即導致嚴重的疊對誤差(overlay errors)，繼而影響圖案轉移的正確性、降低製程良率。

因此，本發明係於此提供一種可降低光罩在微影製程中因受熱變形而影響疊對之輔助圖案的製作方法。

根據本發明所提供之申請專利範圍，係提供一種輔助圖案之製作方法，該製作方法首先提供一原始佈局圖案，該原始佈局圖案內定義有至少一第一區域，該第一區域具有一第一透光率，且該第一透光率大於0百分比(%)。接下來進行一檢索(search)步驟，於該原始佈局圖案中定義至少一第二區域，該第二區域係具有一第二透光率，且該第二透光率係等於0%。待檢索及定義出該第二區域後，係於該第二區域內形成複數個輔助圖案，使該第二透光率大於0%，最後輸出該原始佈局圖案與該等輔助圖案至一光罩基底(reticle blank)上。

根據本發明所提供之申請專利範圍，另提供一種輔助圖案之製作方法該製作方法首先提供一原始佈局圖案，該原始佈局圖案內定義有至少一第一區域，且該第一區域具有一第一透光率。接下來，進行一檢索步驟，於該原始佈局圖案中定義至少一第二區域，該第二區域係具有一第二透光率，且該第二透光率不等於100%。隨後於該第二區域內形成複數個輔助圖案，使該第二透光率趨近該第一透光率。最後，輸出該原始佈局圖案與該等輔助圖案至一光罩基底上。

根據本發明所提供之輔助圖案之製作方法，主要是於該原始佈局圖案內透光率等於0%之區域形成該等輔助圖案，並使該區域之透光率大於0%，甚或等於其他區域之透光率。隨後，係將該原始佈局圖案與該等輔助圖案輸出至一光罩基底上。因此，在後續進行曝光製程時，原本透光率較低的區域係因輔助圖案的設置而提高了透光率，降低受熱及變形的程度。且具有該原始佈局圖案與該等輔助圖案的該光罩上，不同的區域皆具有約略相等，或差別較小的透光率，使該光罩上各區域的受熱程度約略相同。換句話說，本發明更可透過輔助圖案的設置，降低光罩上各區域因不同受熱程度導致不同形變程度等問題，因此可改善光罩形變的預測難度以及增進後續進行的光罩疊對補償的正確性。

請參閱第1圖至第5A圖，第1圖至第5A圖係為本發明所提供之輔助圖案之製作方法的一第一較佳實施例之示意圖。如第1圖所示，本較佳實施例所提供之輔助圖案之製作方法首先於一資料庫中提供一原始佈局圖案100，原始佈局圖案100包含複數個可轉印性圖案(printable feature)，而該等可轉印性圖案又可包含任何用以構成IC的特徵圖案110，例如摻雜區圖案、元件圖案、佈線圖案等，以及雖非IC元件但因個別製程需要而設置的第一虛置圖案(dummy pattern) 112。舉例來說，為防止平坦化製程中發生凹陷(dishing)的情形，習知技術常於原始佈局圖案100中加入複數個第一虛置圖案112。然而，熟習該技藝之人士應知第一虛置圖案112之設置目的不僅於此。此外，第一虛置圖案112之形狀與尺寸係可依個別製程所需調整，而不限於第1圖所示之形狀與數量。

如熟習該項技藝之人士所知，半導體製程常於該資料庫中獲得原始佈局圖案100後，藉著利用一電腦系統來對原始佈局圖案100進行一光學鄰近修正(optical proximity correction，OPC)方法，用以修正特徵圖案110與第一虛置圖案112。更值得注意的是，為了改善曝光製程中常發生的光學鄰近效應(optical proximity effect，OPE)，OPC方法更於原始佈局圖案100中插入複數個非可轉印性圖案(non-printable feature)，例如第6圖所示之第二虛置圖案130。第二虛置圖案130雖然不會在後續的曝光製程中被轉移至目標膜層如光阻層上，但第二虛置圖案130係用以在曝光製程中補償OPE，並改善原始佈局圖案100的圖案轉移結果。

請繼續參閱第1圖。在原始佈局圖案100中，設置有特徵圖案110與第一虛置圖案112、第二虛置圖案130的區域，係被定義為一第一區域102。換句話說，原始佈局圖案100內定義有至少一第一區域102，且第一區域102內包含上述的該等可轉印性圖案與非可轉印性圖案。值得注意的是，第一區域102係具有一第一透光率，且由於第一區域102內設置有上述的可轉印性圖案與非可轉印性圖案，故第一區域102之第一透光率係大於0百分比(%)。

請參閱第2圖。接下來係進行一檢索步驟，檢索原始佈局圖案100，而將原始佈局圖案100中因未設置任何圖案而導致透光率等於0%之處定義為一第二區域104。也就是說，原始佈局圖案100內係包含有至少一第二區域104，第二區域104係具有一第二透光率，且第二透光率係等於0%。換句話說，本較佳實施例所提供之原始佈局圖案100同時具有第一區域102與第二區域104，第一區域102內有圖案設置故第一透光率大於0%，而第二區域104內因無圖案設置故第二透光率等於0%。此外，第二區域104係如第2圖定義第一區域102之外。

請參閱第3圖。在定義出因包含有特徵圖案110或虛置圖案(包含第一虛置圖案112與第二虛置圖案130)而具有大於0%的第一透光率的第一區域102，以及因不具有任何圖案而具有等於0%的第二透光率的第二區域104後，本較佳實施例係立即於第二區域104內形成複數個輔助圖案(assist feature) 120。輔助圖案120包含一多邊形等之幾何圖案，較佳為一矩形。值得注意的是，輔助圖案120係為非可轉印性圖案，但由於不同線寬、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，故非可轉印性圖案的尺寸範圍也隨線寬以及光學設定的不同而有所不同。更重要的是，由於輔助圖案120之設置，係可使原始佈局圖案100內第二區域104的第二透光率大於0%。舉例來說，因輔助圖案120之設置，第二區域104內的第二透光率係大於0%且小於等於第一區域102的第一透光率。在更佳的實施狀態中，可藉由調整輔助圖案120之設置數量，使第二區域104的第二透光率幾乎等於第一區域102的第一透光率。

請參閱第4A圖。待於原始佈局圖案100中插入上述的輔助圖案120之後，係將原始佈局圖案100與輔助圖案120輸出並形成於一光罩基底(reticle blank)150上，隨後係可進行微影製程所需的曝光步驟。

請同時參閱第4A圖至第5B圖，其中第4B圖與第5B圖係為本較佳實施例之一對照組之示意圖。本較佳實施例之一對照組係提供一對照組光罩150a，對照組光罩150a上係具有與本較佳實施例相同的特徵圖案110與虛置圖案(包含第一虛置圖案112與第二虛置圖案130)，且特徵圖案110與虛置圖案的設置區域與範圍係與本較佳實施所提供之光罩150完全相同。本對照組與第一較佳實施例不同之處在於：對照組係為完成一般光學鄰近修正(OPC)後的特徵圖案110與虛置圖案(包含第一虛置圖案112與第二虛置圖案130)，其上並未增設任何輔助圖案。換句話說，對照組光罩150a上，亦定義有一對照組第一區域102a與一對照組第二區域104a，對照組第一區域102a具有一第一透光率，而對照組第二區域104a亦具有一第二透光率。對照組的第一透光率係與本較佳實施例所提供之第一區域102之第一透光率完全相同；然而對照組的第二透光率係等於0%，而與本較佳實施例不同。

如前所述，在進行曝光步驟時，光罩150與對照組光罩150a係受到曝光光源，例如248 nm或193 nm的深紫外光的照射，因此光罩150、150a透光量低的區域將會吸收曝光光源的能量而受熱。換句話說，光罩150與對照組光罩150a上各區域的透光率決定性地影響了光罩150與對照組光罩150a各區域的受熱程度。因此，在進行曝光步驟時，本較佳實施例係於對應光罩150與對照組光罩150a上不同區域之處分別設置一疊對量測點160，以疊對誤差監控光罩150、150a的受熱形變之程度。該領域中具通常知識者應知，在第4A圖與第4B圖中，疊對量測點160之數量及位置僅為例示，故應不限於此。此外，本較佳實施例更提供一疊對控制補償(overlay control compensation)機制，根據光罩150與對照組光罩150a的受熱程度預測光罩150與對照組光罩150a的形變對於光罩對準的影響計算一補償值(compensation value)，並將其回饋給曝光機台，而於當站製程或後續製程中進行調整。

請繼續參閱第4A圖與第4B圖。如前所述，由於本較佳實施例係於原本透光率等於0%的區域中增設了輔助圖案120，使第二區域104的第二透光率大於0%甚或等於第一區域102的第一透光率。因此光罩150整體係具有一較平均的透光率，也因此光罩150上各區域的受熱程度亦較為平均，光罩150的形變也較為一致。相異於本較佳實施例，對照組光罩150a上，具有特徵圖案110與虛置圖案的對照組第一區域102a因第一透光率大於0%，因此受熱程度較低；然而對照組第二區域104a因第二透光率等於0%而受熱程度較高。換句話說，由於對照組光罩150a的透光率並不平均，因此對照組光罩150a上各區域的受熱程度可能迥異於彼此，導致對照組光罩150a各區域的形變不一致。

請參閱第5A圖與第5B圖。如前所述，由於光罩150整體係具有一較平均的透光率，因此光罩150上各區域的受熱程度亦較為平均、光罩150的形變也較為一致。是以在後續進行疊對控制補償時，係可獲得較為準確的補償值。此外，在進行疊對控制補償時，係可如第5A圖所示，針對光罩150整體做一補償，而降低了疊對控制補償的複雜度。不同於本較佳實施例，在對照組所提供的對照組光罩150a中，由於對照組第二區域104a受熱程度甚高於對照組第一區域102a，導致對照組光罩150a各區域的形變不一致。因此增加了疊對控制補償的計算難度，甚至導致補償值的失誤。此外，對照組因受熱程度不一致之故，在進行疊對控制補償時，係如第5B圖所示之虛線所示，對對照組第一區域102a與對照組第二區域104a做不同的補償，增加了疊對控制補償的難度，更降低疊對控制補償的正確性。

綜上所述，本第一較佳實施例所提供之輔助圖案之製作方法，係在包含特徵圖案110與第一虛置圖案112的原始佈局圖案100中已經進行OPC等方法而增加第二虛置圖案130等任何習知的可轉印性圖案或非可轉印性圖案後，另外檢索出透光率等於0%的區域，並加入輔助圖案120，改變該區域的透光率至大於0%，甚或與原始佈局圖案100其他區域內的透光率相同。隨後輸出原始佈局圖案100與輔助圖案130至光罩基底150。據此，包含原始佈局圖案100與輔助圖案130的光罩150上，各區域係具有較為一致的透光率，也因此光罩150各區域的受熱程度相等，故可在降低疊對控制補償複雜度的同時，有效地增加疊對控制補償的正確性。

接下來請參閱第6至第8圖，第6圖至第8圖係為本發明所提供之輔助圖案之製作方法的一第二較佳實施例之示意圖。首先需注意的是，第二較佳實施例中與第一較佳實施例相同之元件係沿用相同之元件符號說明。如第6圖所示，本較佳實施例所提供之輔助圖案之製作方法首先提供一原始佈局圖案100，原始佈局圖案100包含複數個可轉印性圖案，而該等可轉印性圖案又可包含任何用以構成IC的特徵圖案110，例如摻雜區圖案、元件圖案、佈線圖案等，以及雖非IC元件但因個別製程需要而設置的第一虛置圖案112。

如熟習該項技藝之人士所知，半導體製程常於獲得原始佈局圖100後，進行一OPC方法，用以修正特徵圖案110與第一虛置圖案112。更值得注意的是，為了改善曝光製程中常發生的光學鄰近效應，OPC方法更於原始佈局圖案100中插入複數個非可轉印性圖案，例如第6圖所示之第二虛置圖案130。第二虛置圖案130雖然不會在後續的曝光製程中被轉移至目標膜層如光阻層上，但第二虛置圖案130係用以在曝光製程補償光學鄰近效應，並改善原始佈局的圖案轉移結果。

請繼續參閱第6圖。在原始佈局圖案100中，設置有特徵圖案110與第一虛置圖案112、第二虛置圖案130的區域，係被定義為一第一區域102。換句話說，原始佈局圖案100內定義有至少一第一區域102，且第一區域102內包含上述的該等可轉印性圖案與非可轉印性圖案。值得注意的是，第一區域102係具有一第一透光率，且由於第一區域102內設置有上述的可轉印性圖案與非可轉印性圖案，第一區域102之第一透光率係大於0%。

請參閱第7圖。接下來係進行一檢索步驟，檢索原始佈局圖案100，而將原始佈局圖案100中因未設置任何圖案而導致透光率等於0%之處定義為一第二區域104。也就是說，第二區域104係具有一第二透光率，且第二透光率係等於0%。換句話說，本較佳實施例所提供之原始佈局圖案100同時具有第一區域102與第二區域104，第一區域102內有圖案設置故第一透光率大於0%，而第二區域104內因無圖案設置故第二透光率等於0%。值得注意的是，隨著原始佈局圖案100複雜度的增加，第二區域104可能如第7圖所示定義第一區域102之內。

請參閱第8圖。在定義出因包含有特徵圖案110或虛置圖案(包含第一虛置圖案112與第二虛置圖案130)而具有大於0%的第一透光率的第一區域102，以及因不具有任何圖案而具有等於0%的第二透光率的第二區域104後，本較佳實施例係立即於第二區域104內形成複數個輔助圖案120。輔助圖案120包含一多邊形等知已和圖案，較佳為一矩形。值得注意的是，輔助圖案120係為非可轉印性圖案，如前所述由於不同線寬、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，故非可轉印性圖案的尺寸範圍也隨線寬以及光學設定的不同而有所不同。更重要的是，由於輔助圖案120之設置，係可使原始佈局圖案110內的第二區域104的第二透光率大於0%。舉例來說，因輔助圖案120之設置，第二區域104內的第二透光率係大於0且小於等於第一區域102的第一透光率。在更佳的實施狀態中，可藉由調整輔助圖案120之設置數量，使第二區域104內的第二透光率幾乎等於第一區域102的第一透光率。

待於原始佈局圖案100中插入上述的輔助圖案120之後，係將原始佈局圖案100與輔助圖案120輸出並形成於一光罩基底150上，隨後係可進行微影製程所需的曝光步驟。由於曝光步驟以及疊對控制補償的計算係如前述第一較佳實施例所述，故於此係不再贅述。

根據本第二較佳實施例所提供之輔助圖案之製作方法，包含特徵圖案110與第一虛置圖案112的原始佈局圖案100中已經進行OPC等方法而增加第二虛置圖案130等任何習知的可轉印性圖案或非可轉印性圖案後，另外檢索出透光率等於0%的區域，並加入輔助圖案120，改變該區域的透光率至大於0%，甚或與原始佈局圖案100其他區域內的透光率相同。隨後輸出原始佈局圖案100與輔助圖案130至光罩基底150。因此，包含原始佈局圖案100與輔助圖案130的光罩150上各區域係具有較為一致的透光率，也因此光罩150各區域的受熱程度相等，故可在降低疊對控制補償複雜度的同時，有效地增加疊對控制補償的正確性。值得注意的是，隨著半導體製程的進步，原始佈局圖案100的複雜度係如本較佳實施例所示也隨之增加，因此光罩上可能包含多個透光率不相同的各區域。在進行疊對控制補償時，極可能因為各區域受熱程度不同，導致各區域的形變不一致，而增加了疊對控制補償的計算難度，甚至導致補償值的失誤。此外如前所述，由於受熱程度不一致之故，在進行疊對補償時，可能對不同區域做不同的補償，增加了疊對補償的難度，更降低疊對控制補償的正確性。為了克服上述問題，本較佳實施例更是於第一區域102中檢索出透光率等於0%的第二區域104，並加入用以提升透光率的輔助圖案，以更均化原始佈局圖案100的透光率，以降低疊對控制補償的難度，同時提升疊對控制補償的正確性。

此外，上述各較佳實施例雖係相對應用於正型光阻(positive photoresist)的方法，但本發明亦可應用於負型光阻(negative photoresist)的光罩製作方法中，亦即將原始佈局圖案內具有特徵圖案與虛置圖案的地方定義為第一區域，且該第一區域具有一第一透光率，該第一透光率小於100%。接下來進行一檢索(search)步驟，於該原始佈局圖案中定義至少一第二區域，該第二區域係具有一第二透光率，且該第二透光率為最大透光率，其中為方便定義起見，本實施例在扣除光罩基底本體之折射率、反射率等材質物性後，將此最大透光率定義為100%。待檢索及定義出該第二區域後，係於該第二區域內形成複數個輔助圖案，使該第二透光率小於100%而接近第一透光率，以更均化原始佈局圖案的透光率，進而降低疊對控制補償的難度並同時提升疊對控制補償的正確性。最後輸出該原始佈局圖案與該等輔助圖案至一光罩基底上。

根據本發明所提供之輔助圖案之製作方法，主要是於該原始佈局圖案內透光率等於0%之區域形成該等輔助圖案，並使該區域之透光率大於0%，甚或等於其他區域之透光率。隨後，係將該原始佈局圖案與該等輔助圖案輸出至一光罩基底上。因此，在後續進行曝光製程時，原本透光率較低的區域係因輔助圖案的設置而提高透光率，降低受熱及變形的程度。且具有該原始佈局圖案與該等輔助圖案的該光罩上，不同的區域皆具有約略相等，或差別較小的透光率，使該光罩上各區域的受熱程度約略相同。換句話說，本發明更可透過輔助圖案的設置，降低光罩上各區域因不同受熱程度導致不同形變程度等問題，因此可改善光罩形變的預測難度以及增進後續進行的光罩補償的正確性。

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。

100‧‧‧原始佈局圖案

102‧‧‧第一區域

102a‧‧‧對照組第一區域

104‧‧‧第二區域

104a‧‧‧對照組第二區域

110‧‧‧特徵圖案

112‧‧‧第一虛置圖案

120‧‧‧輔助圖案

130‧‧‧第二虛置圖案

150‧‧‧光罩基底、光罩

150a‧‧‧對照組光罩

160‧‧‧疊對量測點

第1圖至第5A圖，第1圖至第5A圖係為本發明所提供之輔助圖案之製作方法的一第一較佳實施例之示意圖。

第4B圖與第5B圖係為本較佳實施例之一對照組之示意圖。

第6圖至第8圖係為本發明所提供之輔助圖案之製作方法的一第二較佳實施例之示意圖。

100‧‧‧原始佈局圖案

102‧‧‧第一區域

104‧‧‧第二區域

110‧‧‧特徵圖案

112‧‧‧第一虛置圖案

120‧‧‧輔助圖案

150‧‧‧光罩基底、光罩

160‧‧‧疊對量測點

Claims (16)

1. 一種輔助圖案之製作方法，包含有：提供一原始佈局圖案，該原始佈局圖案內定義有至少一第一區域，該第一區域具有一第一透光率(light transmission rate)，且該第一透光率大於0百分比(%)，該第一區域內更包含有複數個非可轉印性圖案(non-printable feature)；進行一檢索(search)步驟，於該原始佈局圖案中定義至少一第二區域，該第二區域係具有一第二透光率，且該第二透光率係等於0%；於該第二區域內形成複數個輔助圖案，使該第二透光率大於0%；以及輸出該原始佈局圖案與該等輔助圖案至一光罩基底(reticle blank)上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之輔助圖案之製作方法，其中該第一區域內更包含有複數個可轉印性圖案(printable feature)。
3. 如申請專利範圍第2項所述之輔助圖案之製作方法，其中該可轉印性圖案包含摻雜區圖案、元件圖案、佈線圖案或第一虛置圖案(dummy pattern)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之輔助圖案之製作方法，其 中該等非可轉印性圖案包含第二虛置圖案。
5. 如申請專利範圍第1項所述之輔助圖案之製作方法，其中該第二區域係定義於該等第一區域之外。
6. 如申請專利範圍第1項所述之輔助圖案之製作方法，其中該第二區域係定義於該等第一區域之內。
7. 如申請專利範圍第1項所述之輔助圖案之製作方法，其中該輔助圖案係為非可轉印性圖案。
8. 如申請專利範圍第1項所述之輔助圖案之製作方法，其中形成該等輔助圖案之後，該第二透光率係大於0%且小於等於該第一透光率。
9. 如申請專利範圍第8項所述之輔助圖案之製作方法，其中形成該等輔助圖案之後，該第二透光率係等於該第一透光率。
10. 如申請專利範圍第1項所述之輔助圖案之製作方法，更包含在形成該等輔助圖案之前進行一光學鄰近修正(optical proximity correction)方法。
11. 一種輔助圖案之製作方法，包含有：提供一原始佈局圖案，該原始佈局圖案內定義有至少一第一區域，該第一區域具有一第一透光率，該第一區域內更包含有複數個可轉印性圖案與非可轉印性圖案；進行一檢索步驟，於該原始佈局圖案中定義至少一第二區域，該第二區域係具有一第二透光率，且該第二透光率等於100%；於該第二區域內形成複數個輔助圖案，使該第二透光率趨近該第一透光率；以及輸出該原始佈局圖案與該等輔助圖案至一光罩基底上。
12. 如申請專利範圍第11項所述之輔助圖案之製作方法，其中該可轉印性圖案包含摻雜區圖案、元件圖案、佈線圖案或第一虛置圖案。
13. 如申請專利範圍第11項所述之輔助圖案之製作方法，其中該等非可轉印性圖案包含第二虛置圖案。
14. 如申請專利範圍第11項所述之輔助圖案之製作方法，其中該第二區域係定義於該等第一區域之外或之內。
15. 如申請專利範圍第11項所述之輔助圖案之製作方法，其中該輔助圖案係為非可轉印性圖案。
16. 如申請專利範圍第11項所述之輔助圖案之製作方法，其中形成該等輔助圖案之前，該第二透光率係等於100%，而形成該等輔助圖案之後，該第二透光率係小於100%且大於等於該第一透光率。